Transmissor de nível radar em pequenos tanques por lotes: caudal de enchimento

Num pequeno tanque por lotes, o caudal de enchimento determina a rapidez de atualização necessária do transmissor de nível. Um transmissor radar para estes tanques é especificado pelo tempo de resposta, amortecimento e amplitude útil. Num tanque de 1.5 m, a adição de 400 L em 40 s pode ocultar 25 mm de nível com um amortecimento de 2 s.

Definir o tempo de atualização de um transmissor radar para pequenos tanques por lotes

O nível muda rapidamente em tanques por lotes porque uma grande fração do volume de trabalho entra em pouco tempo. Tanques de dissolução de açúcar, eletrolisadores alcalinos, tanques de aditivos e máquinas de enchimento recebem habitualmente o equivalente a 20 % a 50 % da amplitude em menos de um minuto. O transmissor tem de fornecer um valor atualizado antes de o nível variar significativamente; caso contrário, a malha de controlo atua sobre um valor antigo.

Comece pelo caudal máximo de enchimento, não pelo médio. Converta o caudal volumétrico de entrada em velocidade de subida usando a área da superfície livre, determine o atraso que o lote pode tolerar e divida a tolerância pela velocidade de subida para obter o maior intervalo de atualização aceitável. O transmissor radar é então selecionado por esse intervalo e pela constante de amortecimento, que funciona como um filtro adicional. A exatidão da ficha técnica, frequentemente indicada como ±2 mm em condições estáticas, nada diz sobre o comportamento durante uma rampa; uma saída 4-20 mA com atualização lenta pode continuar a apresentar dezenas de milímetros de erro durante o enchimento. Verifique o tempo de atualização e a gama de amortecimento na página de produto atualizada antes de encomendar.

Converter caudal volumétrico em velocidade de subida

Exemplo de cálculo baseado em valores de instalação assumidos (cálculo ilustrativo, não dados medidos em campo). Um tanque de altura H = 1.5 m tem uma área de superfície livre A = 0.80 m². Um lote de 400 L é adicionado em 40 s, pelo que o caudal volumétrico é Q = 0.400 m³ / 40 s = 0.010 m³/s, ou 10 L/s. Dividindo pela área, obtém-se uma velocidade de subida v = Q / A = 0.010 / 0.80 = 0.0125 m/s, ou 12.5 mm/s. Nos 40 s de enchimento, o nível sobe 0.500 m, um terço da altura do tanque.

A condição é que A represente a superfície livre ao nível de trabalho, e não a secção geométrica de um tanque vazio: uma serpentina interna, um veio de agitador ou um defletor reduz a área efetiva e aumenta a velocidade de subida. Num tanque cónico ou horizontal, A varia com o nível e a conversão tem de ser avaliada no ponto mais rápido do lote. Uma velocidade de subida calculada à altura errada subestima a rapidez de atualização exigida ao transmissor radar.

Verificar o amortecimento face à tolerância do lote

O amortecimento é um filtro de primeira ordem com constante de tempo τ. Para um nível que sobe de forma constante, o valor indicado fica atrás do nível real aproximadamente τ*v após o estabelecimento da rampa. Se a tolerância do lote for 10 mm, a maior constante de tempo utilizável é τ ≤ 0.010 m / 0.0125 m/s = 0.8 s. Uma predefinição de τ = 2 s produz um atraso de 2 * 12.5 mm/s = 25 mm, ou 5.0 % da subida de 0.500 m do lote e 20 L de líquido adicional numa superfície de 0.80 m². O corte baseado no nível indicado ocorre, por isso, demasiado tarde.

Estes são valores calculados para o tanque assumido, não especificações de produto. Confirme a gama de amortecimento disponível, o tempo de atualização e a resposta da saída 4-20 mA na ficha técnica atualizada e verifique a definição final com um enchimento real, em vez de uma rampa simulada.

Um transmissor radar para pequenos tanques por lotes não deve funcionar com amortecimento elevado quando o lote dura apenas algumas constantes de tempo; uma constante de 1 s ou mais num lote de 40 s já é demasiado lenta. Nesse regime, a leitura nunca alcança o nível real antes de a entrada fechar, e a estabilidade aparente do sinal é um artefacto do filtro. Reduza primeiro τ; só depois considere a turbulência da superfície ou um dispositivo tranquilizador.

Calcular a fração da amplitude ocupada pela zona morta

Numa amplitude curta, a zona morta próxima da antena representa uma parte importante da medição. Some-a à camada de espuma e à exclusão junto ao fundo: f = (d_block + d_foam + d_bottom) / H. Para o tanque assumido, d_block = 0.30 m representa um bocal prolongado de 0.20 m neste tanque; uma antena de lente de 80 GHz montada à face estaria mais próxima de 0.10 m, a verificar na ficha técnica atualizada. Com d_foam = 0.10 m e d_bottom = 0.05 m, o total é 0.45 m e f = 0.45 / 1.5 = 0.30, ou 30 %. A amplitude útil é 1.05 m. Com uma distância de bloqueio de 0.10 m, a zona morta total desce para 0.25 m, a sua fração para 17 % e a amplitude útil sobe para 1.25 m.

Defina um limite de aceitação antes de selecionar a antena. Se o objetivo for f ≤ 0.25, a zona morta total tem de ser ≤ 0.375 m; com as mesmas margens para espuma e fundo, a distância de bloqueio tem de ser ≤ 0.225 m. Um bocal que acrescente 0.20 m à posição da antena pode tornar a verificação não conforme, mesmo sem alterar o transmissor. As opções são um bocal mais curto, uma antena montada à face com menor distância de bloqueio ou uma montagem elevada que mantenha a face do sensor afastada do nível mais alto. Recalcule f após qualquer alteração de adaptador ou isolamento e confirme a margem de espuma a partir de um lote real.

Considerar espuma, condensação e ebulição

As condições do lote alteram a amplitude útil independentemente do caudal de enchimento. O vácuo reduz o ponto de ebulição, pelo que um líquido calmo à pressão atmosférica pode expandir-se em espuma e gotículas quando o tanque é colocado sob vácuo; uma coluna líquida de 1 m pode transformar-se numa camada aerada muito mais alta. A agitação cria uma superfície móvel, e não se deve usar uma sonda de onda guiada onde um agitador possa atingi-la ou dobrá-la. Os eletrolisadores alcalinos funcionam entre 80 °C e 100 °C, o que determina os requisitos da vedação e da caixa, em vez do caudal de enchimento. A condensação e a cristalização na antena causam uma falha distinta: um produto como o benzeno cristaliza abaixo de cerca de 6 °C, e o vapor que condensa num bocal frio pode revestir a antena e enfraquecer o eco.

Estes efeitos devem ser identificados ao longo do ciclo do lote, em vez de tratados com uma única definição genérica. Quando a espuma é persistente, especifique a superfície a medir e, se necessário, um tubo tranquilizador; quando o produto condensa ou cristaliza, confirme que a antena, a vedação e qualquer dispositivo de aquecimento ou purga propostos são adequados à temperatura mínima do bocal. Um artigo técnico sobre ensaios em tanques por lotes aborda a distinção entre um resultado de teste temporário e a aceitação definitiva. A temperatura do ar e a humidade não afetam as medições radar, mas uma camada de líquido na antena pode afetá-las.

Registar os valores de aceitação na entrega da instalação

As verificações acima só são úteis se forem documentadas. Na entrega, registe a altura do tanque e a área da superfície livre, o volume máximo do lote e o tempo de enchimento, a velocidade de subida medida, o tempo de atualização e a constante de amortecimento configurados, a distância de bloqueio com o bocal instalado, a margem de espuma, a fração de zona morta calculada e a altura de disparo por nível muito alto. Execute depois um enchimento real com as definições finais e compare o nível indicado com uma referência no início, a meio e no corte.

• Confirme o escalonamento 4-20 mA e o referencial após qualquer alteração do amortecimento ou da gama.
• Verifique se a leitura recupera corretamente após uma interrupção de alimentação.
• Verifique se um valor desatualizado simulado é assinalado, em vez de ser mantido como nível válido.
• Guarde o registo de configuração para poder configurar uma unidade de substituição sem suposições.

Um transmissor radar para pequenos tanques por lotes é aceite com base na resposta e na amplitude útil, não num valor de exatidão estática.

Perguntas frequentes

Q1. O que define a resposta exigida a um transmissor radar para pequenos tanques por lotes?

O caudal máximo de enchimento dividido pela área da superfície livre. No exemplo do tanque de 1.5 m, 400 L em 40 s dão 12.5 mm/s, pelo que uma tolerância de acompanhamento de 10 mm exige um intervalo de atualização e uma constante de amortecimento de 0.8 s ou menos. Uma exatidão estática como ±2 mm não descreve o comportamento durante uma rampa.

Q2. Porque pode uma leitura estável ocultar um nível em subida?

Porque o amortecimento filtra a saída. Com uma constante de tempo de 2 s e uma subida de 12.5 mm/s, o nível indicado atrasa-se 25 mm, ou 5 % da subida de 0.500 m do lote. O sinal parece calmo enquanto o tanque continua a encher, pelo que um corte baseado nessa leitura chega tarde. Reduza primeiro a constante de amortecimento.

Q3. Que fração de zona morta é aceitável num tanque de 1.5 m?

Defina o limite em função do lote, mas 25 % é um teto prático. No exemplo, uma distância de bloqueio de 0.30 m, 0.10 m de espuma e uma margem de fundo de 0.05 m somam 0.45 m, ou 30 % da amplitude, o que não cumpre o critério. Para atingir 25 %, a distância de bloqueio tem de descer para 0.225 m ou menos.

Q4. A espuma reduz a exatidão da medição de distância?

Normalmente, reduz a amplitude útil. Uma camada persistente de espuma de 0.10 m tem de ser acrescentada à margem de zona morta, e uma camada espessa ou que colapsa pode deslocar a origem do eco entre a superfície da espuma e o líquido inferior. Defina qual a superfície necessária para o lote e confirme depois a margem com um enchimento real.

Q5. Deve usar-se uma sonda de onda guiada num tanque por lotes com agitação?

Não, se um agitador puder atingi-la ou dobrá-la. O serviço com agitação exige normalmente uma antena de corneta ou de lente sem contacto, com tratamento dos ecos falsos das pás. A ebulição sob vácuo e a condensação também exigem atenção: confirme a antena, a vedação e qualquer dispositivo de aquecimento ou purga face à temperatura mínima do bocal.

Q6. O que deve constar do registo de entrega?

A geometria do tanque, o volume máximo do lote e o tempo de enchimento, a velocidade de subida medida, o tempo de atualização e a constante de amortecimento configurados, a distância de bloqueio com o bocal instalado, a margem de espuma, a fração de zona morta e a altura de disparo. Acrescente um ensaio de enchimento real com leituras de referência no início, a meio e no corte, além da verificação do escalonamento 4-20 mA.

RESUMO

Um transmissor radar para pequenos tanques por lotes deve ser escolhido pela rapidez e amplitude útil: no exemplo do tanque de 1.5 m, uma subida de 12.5 mm/s exige um intervalo de atualização de 0.8 s ou menos para manter uma tolerância de 10 mm; uma constante de amortecimento de 2 s oculta 25 mm de nível real e uma zona morta de 0.45 m consome 30 % da amplitude. O passo seguinte é calcular a fração de zona morta com base no bocal instalado e na espuma medida e executar um enchimento real com as definições finais.