Radar de 80 GHz em águas residuais: seleção e integração

Por que as estações de tratamento de águas residuais precisam de monitoramento contínuo do nível da água?

As estações de tratamento de águas residuais contêm diversas unidades de processo que exigem monitoramento contínuo do nível da água ou do nível do material — desde o fluxo de entrada e o pré-tratamento até o tratamento biológico e o manuseio de lodo.

Pontos de medição típicos incluem:

• Poços de entrada;

• Estações de bomba de elevação;

• Canais de triagem;

• Tanques de equalização;

• Câmara de remoção de grumos;

• Tanques de tratamento biológico;

• Tanques de sedimentação;

• Tanques de lodo;

• Tanques de armazenamento de lodo;

• Tanques de armazenamento de produtos químicos;

• Tanques de retenção de águas pluviais;

• Canais abertos de descarga.

Os dados de nível não são utilizados apenas para indicação local; também podem participar do controle de partida/parada de bombas, alarmes de transbordamento, controle de tela, interligação de processos, cálculo de fluxo e monitoramento remoto de SCADA.

Os ambientes de tratamento de águas residuais podem apresentar alta umidade, gases corrosivos, espuma, detritos flutuantes, lodo, condensação e exposição ao ambiente externo. Portanto, os sensores de nível devem não apenas fornecer medições confiáveis, mas também reduzir ao máximo os requisitos de limpeza e manutenção.

Por que um 80 GHz Transmissor de nível por radar adequado para o tratamento de águas residuais?

Um transmissor de nível por radar de 80 GHz é instalado acima do meio medido e utiliza sinais de ondas milimétricas para medir a distância entre a antena e a superfície da água ou da lama.

A sonda não precisa permanecer imersa em águas residuais, o que representa uma vantagem importante em aplicações de tratamento de águas residuais.

O processo típico de medição é o seguinte:

O radar transmite ondas milimétricas → A superfície da água reflete o sinal → O eco é recebido → A distância é calculada → A distância é convertida em nível

A maioria dos equipamentos industriais 80 GHz Transmissores de nível de radar – utilização FMCW, ou tecnologia de onda contínua com modulação de frequência. O transmissor analisa continuamente a diferença de frequência entre o sinal transmitido e o eco refletido para calcular a distância até à superfície do líquido.

1. A medição sem contato reduz os problemas de incrustação;

Os sensores tradicionais de nível imersos estão em contato direto com águas residuais e podem ser afetados ao longo do tempo por:

• Acúmulo de lodo;

• Graixa;

• Sólidos suspensos;

• Meios corrosivos;

• Biofilme;

• Resíduos sólidos.

Um transmissor de nível por radar de 80 GHz é instalado acima da superfície do líquido e, normalmente, não entra em contato direto com as águas residuais; isso o torna adequado para ambientes de águas residuais que contenham contaminantes, sólidos suspensos e certas substâncias corrosivas.

No entanto, a medição sem contato não significa operação sem necessidade de manutenção. Em ambientes de alta umidade, a condensação, a contaminação, os depósitos de graxa, as teias de aranha e outros resíduos na antena devem ser inspecionados periodicamente.

2. Ângulo de feixe estreito é adequado para caixas de águas residuais e estruturas complexas.

Uma das principais vantagens de 80 GHz O radar de ondas milimétricas baseia-se na sua capacidade de gerar um feixe de medição estreito.

Alguns setores industriais 80 GHz Os transmissores de radar podem atingir um ângulo de feixe de aproximadamente 3° a 4°. Em aplicações de tratamento de águas residuais, um feixe estreito pode ajudar a reduzir as reflexões de interferência provenientes das paredes das bacias de concreto e de outros componentes estruturais.

As estações de tratamento de águas residuais costumam conter:

• Paredes das bacias;

• Escadas;

• Suportes para cabos;

• Tubulação de bombas;

• Ecrãs;

• Agitadores;

• Equipamento de aeração;

• Vigas de suporte;

Quanto mais concentrado for o feixe de radar, mais fácil será evitar essas estruturas e direcionar mais energia de radar útil para a superfície líquida do alvo.

Portanto,80 GHz O radar apresenta vantagens claras de instalação em bacias estreitas, poços, estações de bombeamento e pontos de medição com estruturas internas complexas.

É 80 GHz O radar não é afetado de forma alguma pela espuma?

No.

Espuma pode ser gerada em processos de tratamento de águas residuais por meio de aeração, reações químicas e decomposição orgânica.

Camadas de espuma finas ou descontínuas podem não impedir que o radar obtenha um eco útil da superfície líquida. No entanto, a espuma espessa pode absorver ou refletir parte do sinal de radar, o que pode resultar em:

• Redução na intensidade do eco;

• O radar medindo a superfície da espuma em vez da superfície do líquido;

• Flutuações de nível;

• Perda temporária do eco útil;

80 GHz O radar pode funcionar de forma confiável em diversas aplicações de águas residuais que envolvem espuma, turbulência ou detritos flutuantes. No entanto, quando uma espuma muito espessa ou FOG — incluindo gorduras, óleos e graxas — cobre a superfície líquida, o projeto deve avaliar se o radar, a medição hidrostática ou outra tecnologia de medição de nível é mais adequada, em vez de assumir que 80 GHz O radar pode resolver qualquer situação de medição do nível de águas residuais.

Portanto, a seleção do projeto deve esclarecer:

• Espessura da espuma;

• Duração da espuma;

• Conteúdo de umidade da espuma;

• Se o objetivo de medição exigido corresponde à superfície real das águas residuais ou ao topo da camada de espuma.

Principais Aplicações 80 GHz Transmissores de nível por radar em estações de tratamento de águas residuais

1. Monitoramento do nível no poço de entrada e na estação de bomba de elevação –

Desafios do local –

O nível no poço de entrada pode variar rapidamente; além disso, podem estar presentes detritos flutuantes, sólidos suspensos, alta umidade ou gases corrosivos.

Os instrumentos de tipo de contato permanecem imersos em águas residuais brutas e, por isso, exigem consideração quanto à contaminação e à manutenção.

Integração do Sistema:

Instale o 80 GHz Transmissor de nível por radar localizado acima do poço; conecte-o da seguinte forma:

Transmissor de nível por radar → PLC / RTU → Sistema de controle de bomba

O transmissor mede continuamente o nível da água.

Também pode ser conectado a um registrador de dados através de RS485 Modbus RTU.

Valor do usuário:

Dados em tempo real do nível do poço de entrada podem ser utilizados para controlar o início e o fim da operação da bomba de elevação com base em limiares de nível alto e baixo, além de fornecer alarmes para nível alto-alto e para transbordamento.

2. Monitoramento Diferencial do Nível Antes e Depois de Peneiras Mecânicas

As peneiras mecânicas são utilizadas para remover detritos sólidos de maior dimensão das águas residuais.

À medida que os detritos se acumulam na tela, a diferença entre os níveis de água a montante e a jusante pode aumentar.

Desafios no local:

O ambiente pode conter detritos flutuantes, espuma, turbulência e sólidos; por sua vez, a própria tela metálica pode gerar fortes reflexões de radar.

Integração de Sistema:

Instale transmissores de nível de radar antes e depois da tela:

Nível de radar antes da tela = L1;

Nível de radar depois da tela = L2

O sistema calcula:

Nível diferencial ΔH = L1 − L2;

Quando o nível diferencial excede um limiar configurado, o sistema pode disparar o processo de limpeza mecânica do ecrã;

O feixe concentrado de 80 GHz O radar é adequado para medição diferencial de nível e para controle automatizado da limpeza de filtros em aplicações de triagem de águas residuais.

Valor do usuário:

A estratégia de limpeza pode ser alterada de operação com tempo fixo para limpeza baseada no entupimento real do ecrã, reduzindo o funcionamento desnecessário do equipamento.

3. Monitoramento do nível do tanque de equalização

Os tanques de equalização são utilizados para equilibrar o fluxo de águas residuais e as flutuações na qualidade da água, sendo unidades tampão importantes nas estações de tratamento de águas residuais.

Desafios do local:

A bacia pode ser de grande dimensão, a variação de nível pode ser acentuada, e podem estar presentes agitação, detritos flutuantes ou espuma moderada.

Integração do sistema:

O radar é instalado acima do tanque ou em um suporte de montagem e transmite dados de nível em tempo real por meio dele.4-20 mA ou RS485 Modbus RTU.

O sistema de controle utiliza o sinal de nível para regular o funcionamento da bomba localizada a jusante.

Valor do Usuário:

O sistema pode ajudar a prevenir o funcionamento seco da bomba em níveis baixos e o vazamento em níveis elevados, fornecendo simultaneamente dados para o equilíbrio do fluxo de entrada e para a gestão da carga do processo a jusante.

4. Tanques de Retenção de Águas Pluviais e Bacias de Emergência

Os sistemas de retenção de águas pluviais podem permanecer em nível baixo durante longos períodos e, em seguida, sofrer aumentos rápidos de nível durante chuvas intensas.

Desafios no Local:

Essas aplicações podem envolver amplas faixas de medição, instalação externa, chuva, variações de temperatura, condensação e reflexões de interferência provenientes de estruturas de concreto.

Integração de Sistema:

Use um feixe estreito.80 GHz Transmissor de nível por radar para monitoramento contínuo do nível de água.

80 GHz O radar pode ser utilizado em bacias de drenagem e retenção para medir variações de nível sob condições dinâmicas de precipitação e durante operação em baixo nível, reduzindo simultaneamente as interferências causadas por bordas de concreto e estruturas da bacia.

Valor para o Usuário:

– Monitora a capacidade de retenção disponível, as condições de nível elevado e o risco de transbordamento, ao mesmo tempo que transmite dados de nível em tempo real para o sistema de SCADA da estação de tratamento de águas residuais.

5. Tanques de lodo e recipientes de armazenamento de lodo

– As condições de medição de lodo são significativamente diferentes das aplicações em águas limpas.

Desafios do Local:

A superfície do lodo pode ser:

• Irregular;

• Coberta por espuma;

• Coberta por escuma flutuante;

• Apresentando crosta lenta;

• Sendo sujeita a agitação;

Integração do Sistema:

Selecione a posição de instalação do radar conforme as condições do lodo, evite agitadores e pontos de enchimento sempre que possível e utilize a curva de eco durante o comissionamento e o ajuste.

Valor para o usuário:

Monitore o volume armazenado e os processos de enchimento e descarga do lodo, reduzindo também os problemas de incrustação associados aos sensores de contato.

No entanto, se a superfície do lodo estiver coberta por uma camada espessa de escuma ou espuma, o projeto deve primeiro determinar se o alvo de medição requerido corresponde à superfície do material superior ou à interface real da fase líquida.

6. Monitoramento do Nível e do Fluxo em Canais Abertos

Os canais de entrada e saída de uma estação de tratamento de águas residuais costumam utilizar fluxómetros Parshall, barragens com abertura em V, barragens retangulares e outras estruturas de fluxo em canal aberto.

Um transmissor de nível por radar de 80 GHz pode primeiro medir o nível da água no canal; em seguida, um controlador ou registrador de dados calcula o fluxo com base numa relação conhecida entre Q e H.

Arquitetura típica:

80 GHz Transmissor de nível por radar → Registrador de dados / Controlador de fluxo → Conversão Q/H → Fluxo instantâneo e fluxo totalizado

Canais de esgoto abertos podem ser afetados por espuma, turbulência, detritos, precipitação e condensação. O radar sem contato evita o contato direto entre o sensor e as águas residuais.

A medição de nível por radar também pode ser combinada com curvas de linearização de canal aberto ou de represa para calcular o fluxo em canal aberto.

– Importante:

O transmissor de nível por radar mede diretamente o nível da água, não o fluxo.

O fluxo só pode ser calculado quando o nível medido for combinado com a estrutura hidráulica conhecida e com a equação de fluxo correta ou com a tabela de linearização adequada.

Parâmetros Principais de Engenharia de METRAVON 80 GHz Transmissores de Nível por Radar

METRAVON 80 GHz Os produtos de radar podem ser selecionados de acordo com diferentes aplicações de tratamento de águas residuais. As principais funcionalidades da série de produtos correspondente são apresentadas abaixo:

– Projetos de tratamento de águas residuais normalmente não exigem distâncias de medição próximas a 120 m; portanto, a seleção do modelo não deve se basear exclusivamente na distância máxima. A distância cega de campo próximo, o ângulo do feixe, as condições de instalação, a proteção ambiental e a interface de comunicação costumam ser fatores mais importantes.

Como um 80 GHz O transmissor de nível por radar pode ser integrado a um sistema de automação para estações de tratamento de águas residuais?

As estações de tratamento de águas residuais costumam já utilizar sistemas PLC, DCS, RTU ou SCADA. Por isso, a compatibilidade de comunicação é uma parte importante na seleção de transmissores de nível para radar.

4-20 mA

Adequado para sistemas existentes de entrada analógica para PLC;

Arquitetura típica:

Transmissor de nível por radar →4-20 mA → PLC Módulo de IA →SCADA

Esta estrutura é simples e adequada para sistemas tradicionais de automação industrial;

4-20 mA + HART

HART Adiciona comunicação digital ao 4-20 mA Sinal de nível, capaz de suportar a configuração de parâmetros de instrumento e a realização de diagnósticos.

Esta opção é adequada para estações de tratamento de águas residuais que já utilizam sistemas de gestão de dispositivos HART.

RS485 Modbus RTU

Se o projeto utilizar um RTU, uma porta industrial ou um sistema de aquisição de dados digitais, um modelo compatível RS485 Modbus RTU Pode ser selecionado.

Arquitetura típica:

80 GHz Transmissor de nível por radar →RS485 Modbus RTU→ Registrador de dados → Ethernet /4G → SCADA ou plataforma IoT

Quando múltiplos dispositivos estão conectados ao mesmo barramento RS485, cada dispositivo deve utilizar um ID de Esclavo diferente. Os seguintes parâmetros também devem ser confirmados:

• Taxa de baud;

• Número de bits de dados;

• Paridade;

• Número de bits de parada;

• Endereços de registradores Modbus;

• Formato de dados.

Como instalar um 80 GHz Transmissor de nível por radar instalado corretamente em uma estação de tratamento de águas residuais

Evite a Instalação Direta Acima do Fluxo de Entrada

Águas residuais de alta velocidade podem provocar movimentos superficiais intensos e reflexões instáveis; por isso, o radar não deve ser instalado diretamente acima da área principal de impacto da água.

Evite paredes de bacia e estruturas metálicas;

Embora 80 GHz O radar possui um feixe relativamente estreito; no entanto, o feixe principal deve ainda evitar:

• Ecrãs;

• Escadas;

• Tubos;

• Suportes;

• Equipamentos de agitação.

Prevenir a acumulação ou condensação prolongada de água na antena.

Em ambientes de águas residuais com alta umidade, deve-se considerar cuidadosamente o ângulo de instalação, a cobertura protetora e a resistência à condensação do instrumento.

Confirme o nível máximo de água.

O nível máximo de água não deve entrar na zona cega de campo próximo do transmissor de radar. Deve-se também reservar uma margem de segurança para condições anormais de nível elevado.

Realizar o mapeamento inicial de eco;

Após a instalação, pode ser utilizada a função de mapeamento de eco parasita ou funções semelhantes, conforme o modelo específico do radar, para suprimir reflexões fixas provenientes das paredes da bacia ou de componentes estruturais.

Quais informações são necessárias ao selecionar um?80 GHz Transmissor de nível por radar para usina de águas residuais?

Antes de comprar ou selecionar um transmissor de nível por radar, deve-se confirmar as seguintes informações:

1. – O meio medido é água residuária, água pura, lodo ou solução química?

2. – Quais são os níveis máximos e mínimos de água?

3. – Qual é a distância entre o radar e o nível líquido mais baixo?

4. – Quais são as dimensões da bacia ou do tanque?

5. – Há espuma presente?

6. – Há agitação ou aeração?

7. Existe uma grande quantidade de lama flutuante, gordura ou óleo?

8. Existem peneiras, tubulações, vigas ou outras estruturas próximas ao ponto de instalação?

9. A instalação é interna ou externa?

10. Existem gases corrosivos?

11. É a saída exigida?4-20 mA, HART, ou RS485 Modbus RTU?

12. O transmissor será conectado a um PLC, RTU, sistema SCADA ou plataforma IoT?

13. O ponto de medição está localizado em uma área perigosa?

Para aplicações complexas, devem ser fornecidas fotos do local, desenhos da bacia e as posições dos níveis líquidos mais alto e mais baixo.

Perguntas Frequentes: Perguntas Comuns sobre 80 GHz Transmissores de nível por radar em estações de tratamento de águas residuais

Q1: Pode um 80 GHz Transmissor de nível por radar para medição de águas residuais?

Sim. O radar sem contato é adequado para a medição contínua do nível em bacias de águas residuais, poços de entrada, tanques de equalização e tanques de retenção de águas pluviais.

Q2: Os sólidos suspensos nas águas residuais afetam a medição por radar?

Na maioria dos casos, esse efeito é limitado, pois o radar de espaço livre mede a superfície do meio e não precisa transmitir através de toda a coluna líquida.

No entanto, se grandes quantidades de detritos flutuantes ou lâmina de resíduos cobrirem a superfície, o radar poderá medir a superfície do material superior em vez do nível real do líquido.

Q3: Pode um 80 GHz Deverá ser instalado radar em um tanque de aeração?

Pode ser avaliado; no entanto, a turbulência intensa e a espuma devem ser consideradas com atenção.

Se houver espuma espessa presente de forma contínua, pode ser necessário realizar testes no local ou comparar com outras tecnologias de medição de nível.

Q4: É 80 GHz O radar não é afetado de forma alguma pela espuma?

Não.

A espessura, a densidade e o teor de umidade da espuma podem afetar os ecoes radar. Em certas condições, o nível líquido real pode ser medido de forma confiável; em outras condições, o radar pode medir a superfície da espuma.

Q5: Um transmissor de nível para águas residuais exige limpeza frequente?

Normalmente, exige menos limpeza do que um sensor imerso; no entanto, a antena deve ser inspecionada periodicamente em busca de condensação, contaminação, gordura, teias de aranha ou outros depósitos.

Q6: Deve ser utilizado uma bacia de águas residuais?80 GHz ou 26 GHz Radar?

Se a bacia apresentar estruturas internas complexas, se o espaço de instalação for restrito ou se for necessário um ângulo de viga menor,80 GHz O radar costuma ser a primeira opção a ser considerada.

Se o ponto de medição for estruturalmente simples,26 GHz O radar também pode ser comparado com base na distância, nas condições de processo e no custo do projeto.

Q7: Pode um 80 GHz Controlar diretamente uma bomba por meio de um transmissor de nível por radar?

O transmissor de radar é principalmente responsável pela medição de nível.

O controle da bomba é normalmente realizado por um PLC, RTU ou controlador com base no sinal de nível proveniente do transmissor de radar.

Q8: É possível conectar diretamente um transmissor de nível por radar RS485 a uma plataforma em nuvem?

Normalmente, é necessário um gateway industrial.

Arquitetura típica:

Radar →RS485 Modbus RTU → 4G/ Gateway Ethernet →MQTT / HTTP→ Plataforma em nuvem

Q9: Pode-se utilizar radar para monitoramento de fluxo em canal aberto?

Sim, o radar pode ser utilizado como dispositivo de medição do nível de água.

Quando o nível medido é combinado com a relação Q/H de um canal de Parshall, de um weir ou de outra estrutura hidráulica, é possível calcular o fluxo instantâneo e o fluxo totalizado.

Conclusão –

O valor principal de um 80 GHz O transmissor de nível para radar utilizada em estações de tratamento de águas residuais baseia-se no seu princípio de medição sem contato, no ângulo de feixe estreito, na capacidade de adaptação a estruturas complexas e na compatibilidade com sistemas de automação industrial.

Pode ser utilizado para poços de entrada, estações de bombagem, medição de nível diferencial em tambores de filtragem, tanques de equalização, tanques de retenção de águas pluviais, tanques de armazenamento de lodo e canais abertos.

Dependendo do modelo selecionado, o transmissor pode ser integrado a PLC, RTU,SCADA e sistemas de IoT industrial por meio de 4-20 mA, HART, ou RS485 Modbus RTU.

No entanto, nenhuma tecnologia de medição de nível é adequada para todas as aplicações de águas residuais. Para espuma espessa, escuma pesada, forte condensação, aeração intensa ou meios químicos especiais, o método de instalação e o objetivo da medição real devem ser avaliados de acordo com as condições do local.

Para METRAVON Para projetos de monitoramento do nível de águas residuais, recomenda-se fornecer o meio medido, a faixa de medição, as dimensões da bacia, fotos do local, as condições da espuma, a posição de instalação e os requisitos para a interface de comunicação antes da seleção do modelo final.80 GHz Transmissor de nível por radar e a correspondente aquisição de dados,4G Comunicação e configuração de monitoramento remoto.