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Um transmissor de nível por radar FMCW de 80 GHz é a escolha ideal para tanques de óleo vegetal comestível com até 30 m de altura. O SDRD82 da Silver Automation Instruments, com antena de lente de PTFE embutida, lida com condensação, vapor de óleo e espuma sem desvios de calibração. A saída é de 4-20 mA/HART ou RS485 Modbus, alimentada por 24 V CC.
No papel, os tanques de óleo vegetal parecem simples. Mas pergunte a qualquer engenheiro de instrumentação que já lidou com condensado de óleo de palma em uma cúpula tropical sem aquecimento, ou com vapor de óleo de girassol embaçando a lente de um sensor durante a noite, e ele lhe dirá que a leitura do nível é o que mais os preocupa. O meio em si não é agressivo, mas o ambiente ao seu redor é.
Este artigo aborda como selecionar e configurar um transmissor de nível por radar de 80 GHz para armazenamento de óleo vegetal comestível, qual material de antena e conexão de processo especificar e onde os erros comuns ocorrem durante a instalação.
A banda de frequência de 80 GHz proporciona um ângulo de feixe mais estreito em comparação com as unidades mais antigas de 26 GHz . Para um tanque de armazenamento vertical típico com cúpula ou topo cônico, isso faz diferença. Um feixe com semiângulo de 6 graus em um SDRD82 com lente DN50 permanece bem afastado da parede lateral até cerca de 500 mm, mesmo em um tanque com 3 metros de diâmetro. Menos interferência das paredes do tanque significa menos ecos falsos.
O petróleo possui uma constante dielétrica tipicamente entre 2,8 e 3,2, que é um valor baixo. A reflexão do radar é mais fraca do que na água. No entanto, a tecnologia FMCW (onda contínua modulada em frequência) de 80 GHz é sensível o suficiente para obter um retorno confiável com esses baixos valores de constante dielétrica, mesmo através de camadas moderadas de vapor.
O princípio FMCW é o correto neste caso. Ele transmite um sinal contínuo varrido em vez de um pulso, o que proporciona uma melhor relação sinal-ruído em meios com baixa constante dielétrica. O SDRD82 utiliza esse método e resolve o nível com precisão de 2 mm em toda a faixa de medição.
Em tanques externos sem isolamento, as variações de temperatura criam condensação na superfície da antena. O vapor de óleo proveniente da superfície do produto também pode depositar uma fina película na lente ao longo do tempo. Ambos os efeitos reduzem o retorno do sinal.
Antena de lente de PTFE embutida do sensor de nível do radar
Uma antena com lente de PTFE embutida resolve a maior parte desse problema. A superfície de PTFE é antiaderente e, em certa medida, autolimpante: o condensado escorre em vez de se acumular. A formação de película de óleo é mais lenta em comparação com uma antena de metal sem revestimento ou de PP. Para o SDRD82, a opção de antena DQ ou EQ utiliza um corpo em aço inoxidável 316L com lente de PTFE, com classificação para temperatura de processo de 200 °C e pressão de 2,5 MPa. Isso está muito além do que o armazenamento de óleo vegetal exige, portanto, há margem de segurança tanto em temperatura quanto em pressão.
Para instalações onde o vapor é denso, o tubo de conexão (bocal) deve ser mantido curto. A ficha técnica do SDRD82 especifica uma altura máxima de bocal de 150 mm para uma antena DN50 e 200 mm para DN80. Exceder esse limite cria um efeito de guia de ondas que pode aprisionar ecos e produzir leituras fantasmas em 0% ou 100%. Observamos isso com bastante frequência quando tanques são adaptados com um longo pescoço de processo originalmente projetado para um medidor de nível por flutuador.
Para um tanque de 5,7 metros para armazenamento de óleo vegetal comestível, a antena SDRD82, nas variantes DS ou DQ, é a recomendação padrão. A versão DS utiliza um flange DN50 com lente de antena em aço inoxidável 316L com revestimento em PTFE; a versão DQ é idêntica, porém com uma extensão de antena mais longa, com classificação de até 200 °C para aplicações em temperaturas mais elevadas. Ambas alcançam precisão de 2 mm em uma faixa de 0 a 30 metros.
| Parâmetro | Especificação SDRD82 DS/DQ |
| Faixa de medição | 0 a 30m |
| Precisão | ±2mm |
| Conexão de processo | Flange DN50 / DN80 / DN100 (PN16) |
| Material da antena | Aço inoxidável 316L + lente de PTFE |
| Temperatura do processo | Até 150°C (DS) / 200°C (DQ) |
| Pressão do processo | -0,1 a 2,5 MPa |
| Sinal de saída | 4-20mA / HART ou RS485 Modbus |
| Fonte de energia | 2 fios 24 V CC ou 4 fios 10,8-26,4 V CC |
| Classificação de proteção | IP67 / IP66 |
| Freqüência | 77-81 GHz |
Para aplicações em contato com alimentos que exigem vedação higiênica frontal, a série SDRD83 KW/KQ com conexão de fixação sanitária de 2" ou 3,5" é uma alternativa. Mas para tanques de armazenamento a granel com medição por meio de um bocal flangeado, o modelo SDRD82 é a escolha prática e a mais especificada na África Ocidental, Sudeste Asiático e Oriente Médio para essa aplicação específica.
Uma cúpula sem isolamento térmico tem duas implicações. Primeiro, o instrumento fica exposto à variação da temperatura ambiente. A caixa do SDRD82 é classificada para temperaturas ambientes de -40 °C a 80 °C, o que cobre confortavelmente qualquer instalação externa em Lagos ou climas semelhantes. Segundo, se a cúpula for arqueada, evite montá-la no ápice. Uma cúpula curva causa múltiplas reflexões (o radar vê a superfície da cúpula como um alvo adicional) e degrada a precisão. Monte-a em uma posição deslocada do centro, mantendo uma distância mínima de 200 mm da parede da embarcação.
Se o tanque possuir estruturas internas, como um tubo de sucção ou serpentina de aquecimento, execute uma sequência de aprendizagem de eco virtual após a instalação. Isso mapeia alvos falsos fixos e os remove da medição. O SDRD82 realiza essa operação por meio do módulo de exibição ViewPoint ou através de um programador portátil HART conectado a um resistor de 250 ohms no circuito.
A entrada do cabo requer uma bucha M20x1,5. Para instalação externa, passe o cabo com uma curva de drenagem abaixo da bucha para evitar a entrada de água. A bucha deve ter classificação IP66 ou superior. A carcaça do SDRD82 em si possui classificação IP67.
Diagrama de fiação do transmissor de nível por radar 80G
A configuração mais comum para parques de tanques de óleo vegetal é a de dois fios 4-20mA/HART. O instrumento obtém energia do circuito com 24V CC e retorna o sinal de 4-20mA no mesmo par de fios. A resistência total do circuito pode chegar a aproximadamente 1000 ohms com uma alimentação de 24V. A comunicação HART opera sobre o sinal de 4-20mA, permitindo o uso de um comunicador HART ou a conexão a um conversor COMWAY para configuração via PC sem interromper o circuito.
O Modbus RTU RS485 está disponível como alternativa caso o local utilize um sistema PLC ou SCADA que prefira o barramento de campo digital. Nesse caso, aplica-se a configuração de 4 fios: pares separados para alimentação (24 V CC) e sinal RS485. A taxa de transmissão e o endereço do dispositivo escravo são configuráveis através do módulo de exibição.
Para requisitos à prova de explosão, o SDRD82 suporta certificação de segurança intrínseca (Ex ia IIC T6 Ga) com uma barreira de segurança FBS-2. O vapor de óleo vegetal normalmente não classifica a área como Zona 0, mas alguns locais próximos ao posto de abastecimento de óleo podem exigir classificação como Zona 1. Confirme a classificação da área com o documento de áreas classificadas do local antes de finalizar o pedido.
Os medidores de nível com flutuador funcionam, mas envolvem uma peça móvel em contato com o óleo, o que exige limpeza periódica e pode causar travamentos caso o óleo solidifique em climas frios. Não são adequados para parques de tanques remotos e não tripulados.
O radar de onda guiada (GWR) é uma alternativa para meios com baixa constante dielétrica, mas a sonda fica suspensa dentro do tanque. Em grandes tanques de armazenamento a granel (50.000 litros ou mais), uma sonda de 5 a 6 metros é cara e dificulta o acesso para manutenção. O GWR também não pode ser usado se o tanque tiver um agitador interno.
Os sensores de nível ultrassônicos são sensíveis a vapor e espuma. Tanques de óleo comestível frequentemente apresentam uma fina camada de espuma durante o enchimento, e o feixe ultrassônico perde temporariamente a superfície. Alarmes falsos de nível baixo durante o carregamento são uma queixa comum de operadores que experimentaram o ultrassom como primeira opção.
O radar FMCW de 80 GHz evita todos os três problemas. Sem partes móveis, sem sonda, e o sinal penetra espuma leve com confiabilidade suficiente para a maioria das aplicações de armazenamento.
| Especificação | Métrica | Imperial |
| altura do tanque (esta aplicação) | 5,7m | 18,7 pés |
| Alcance máximo de medição (SDRD82) | 30m | 98,4 pés |
| Precisão | ±2mm | ±0,08 polegadas |
| Ângulo do feixe (lente DN50) | 6° | 6° |
| Ângulo do feixe (lente DN80) | 3° | 3° |
| Faixa de temperatura do processo | -40°C a 200°C | -40°F a 392°F |
| Faixa de pressão do processo | -0,1 a 2,5 MPa | -14,5 a 362,6 psi |
| Fonte de alimentação (2 fios) | 24V CC | 24V CC |
| Saída | 4-20mA / HART / RS485 | 4-20mA / HART / RS485 |
| Altura máxima do bocal (DN50) | 150 mm | 5,9 polegadas |
| Distância mínima da parede | 200 mm | 7,9 polegadas |
| Temperatura ambiente | -40°C a 80°C | -40°F a 176°F |
| Peso (SDRD82) | Aproximadamente 8,0 kg | Aproximadamente 8 kg (17,6 lb) |
A Silver Automation Instruments fornece o transmissor de nível por radar SDRD82 de 80 GHz em estoque para configurações padrão. O prazo de entrega para variantes com flange e antena com lente de PTFE é normalmente de 3 a 5 semanas para 6 unidades.
Para solicitar um orçamento, envie as seguintes informações para sales@silverinstruments.com :
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