Selecione a frequência correta para o transmissor de nível do radar.

A tecnologia de transmissores de nível por radar continuou a evoluir nos últimos 40 anos e agora é uma das tecnologias mais utilizadas para... medição em nível industrial Os transmissores de nível por radar geralmente se dividem em dois tipos: radar de onda guiada (GWR), que utiliza uma sonda de contato ou cabo, e radar sem contato, que envia micro-ondas através de uma antena sem tocar o meio.

Nos últimos anos, os transmissores de nível por radar sem contato também apresentaram novos desenvolvimentos na forma como selecionam sua frequência de micro-ondas. Esses dispositivos geralmente se enquadram em três faixas de frequência: baixa frequência (6 a 11 GHz), frequência média (24 a 10 GHz) e frequência intermediária (24 a 10 GHz). 29 GHz ), e alta frequência ( 80 GHz ), e os medidores de nível por radar nessas faixas já estão sendo usados ​​para fornecer medições confiáveis ​​e precisas em campo.

Quanto maior a variedade de dispositivos disponíveis, melhor para os usuários finais. Dito isso, o mais importante na escolha é que a faixa de frequência seja adequada à aplicação específica. Cada aplicação possui uma faixa de frequência ideal, e nem toda faixa de frequência funciona para todas as aplicações. Por isso, os usuários devem avaliar cuidadosamente os pontos fortes e fracos de cada frequência, além das condições do local que podem afetar o desempenho, antes de tomar uma decisão.

Como as faixas de frequência afetam a precisão das medições

Um instrumento de radar mede a distância entre si e uma superfície usando as micro-ondas que emite. Ele faz isso calculando o tempo que o pulso leva para atingir a superfície medida e refletir de volta para o instrumento.

A frequência determina o comprimento de onda: quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda.

Absorção e atenuação do sinal

A frequência é a propriedade mais básica de qualquer sensor de nível por radar e afeta o desempenho da medição de diversas maneiras. Por exemplo, micro-ondas de alta frequência que atravessam um meio são mais absorvidas, o que enfraquece o sinal que retorna.

É um pouco como ouvir música através de uma parede. Os graves, de baixa frequência, conseguem passar porque penetram a parede, enquanto os agudos, de alta frequência, geralmente não conseguem.

Da mesma forma, espuma, poeira, vapor e condensação tendem a prejudicar a medição de nível, pois interferem principalmente nos sinais de radar de alta frequência, enfraquecendo o sinal de retorno e afetando a precisão geral.

A intensidade do sinal sempre diminui à medida que se propaga através de um meio. Portanto, sinais de alta frequência normalmente sofrem mais atenuação do que sinais de média ou baixa frequência.

Ângulo do feixe e tamanho da antena

A frequência também tem um efeito importante no ângulo e na largura do feixe de uma antena de radar. Um sinal de alta frequência pode atingir um ângulo de feixe estreito com uma antena pequena, e ângulos de feixe estreitos são úteis porque ajudam a evitar obstruções dentro de tanques e embarcações.

Dito isso, o radar de baixa frequência também pode alcançar ângulos de feixe estreitos, apenas com uma antena maior. Portanto, os usuários precisam levar em consideração quanto espaço está realmente disponível na embarcação para a instalação.

Feixes estreitos também têm suas desvantagens: qualquer obstrução no tanque pode bloquear completamente um feixe estreito, enquanto um feixe mais amplo pode ser apenas parcialmente bloqueado e ainda fornecer uma leitura confiável.

Turbulência e dispersão de sinal

A turbulência no líquido do processo também pode afetar a medição por radar. Ondas e ondulações na superfície fazem com que as micro-ondas se dispersem em vez de serem refletidas com nitidez de volta para a antena, o que pode causar perdas de sinal de até 90%, prejudicando tanto a confiabilidade quanto a precisão. Comprimentos de onda curtos em transmissões de alta frequência são especialmente sensíveis a isso.

As unidades de radar de alta frequência mais recentes, geralmente construídas em torno de 80 GHz, usam um comprimento de onda muito menor e um ângulo de feixe muito estreito. Esse feixe estreito funciona bem em embarcações pequenas e pós finos, onde um feixe amplo não tem como evitar obstruções internas. Mas apresenta as mesmas desvantagens de outros radares de alta frequência: espuma, vapor e turbulência ainda enfraquecem o sinal, portanto, 80 GHz não é uma solução para os tanques sujos ou com espuma descritos anteriormente.

Turbulência e dispersão de sinal

A medição de nível por radar pode ser afetada pela turbulência no líquido processado. Isso ocorre porque, na superfície do líquido, as micro-ondas encontram ondas e ondulações. Infelizmente, essas micro-ondas se dispersam e se espalham em vez de serem refletidas de volta para a antena devido à turbulência. Isso pode causar uma perda de sinal de cerca de 90%, afetando a confiabilidade e a precisão das medições. Portanto, isso também afetará comprimentos de onda curtos em transmissões de alta frequência.

As unidades de radar de alta frequência mais recentes, geralmente construídas em torno de 80 GHz, usam um comprimento de onda muito menor e um ângulo de feixe muito estreito. Esse feixe estreito funciona bem em embarcações pequenas e pós finos, onde um feixe amplo não tem como evitar obstruções internas. Ele apresenta as mesmas desvantagens de outros radares de alta frequência: espuma, vapor e turbulência ainda enfraquecem o sinal, portanto, 80 GHz não é uma solução para os tanques sujos ou com espuma descritos anteriormente.

Como escolher a frequência certa para diferentes aplicações

Existem muitas aplicações diferentes para medição de nível por radar em diversos setores industriais, e cada uma delas apresenta seus próprios desafios. Por isso, é importante que os usuários identifiquem a faixa de frequência mais adequada para sua situação. Aqui estão alguns cenários comuns que vale a pena considerar.

Antenas com sujeira e contaminação

Sujeira e contaminantes que se acumulam em uma antena ao longo do tempo podem afetar a direção e a intensidade do sinal de radar. Sinais de média e baixa frequência são em grande parte não afetados por isso, já que têm baixa sensibilidade à contaminação. Sinais de alta frequência são uma história diferente: qualquer sujeira que cubra a antena absorve uma boa parte da energia do sinal e também pode alterar a direção do feixe. Mesmo um pequeno acúmulo de sujeira, distribuído de forma irregular, pode desviar o feixe em cerca de 1,5 graus. Isso é especialmente problemático para radares de feixe estreito, já que a antena não receberá o eco de retorno corretamente e a intensidade do sinal cairá significativamente. Silos de cimento e usinas de processamento de minério Locais onde os níveis de poeira são particularmente altos são bons exemplos de áreas onde o radar de média e baixa frequência tende a ter um desempenho melhor.

Tanques com vapor ou condensação

O ruído das gotas de água pode dificultar a obtenção de uma reflexão nítida na superfície do produto quando há vapor ou condensação presentes. Isso afeta principalmente os sinais de alta frequência, portanto, as tecnologias de média e baixa frequência são a melhor escolha nessa situação. O design da antena também é importante. Antenas com superfícies planas e horizontais não são adequadas para ambientes propensos à condensação. Esse tipo de configuração é comum em tanques de alimentação de caldeiras a vapor ou reatores químicos com camisas de aquecimento a vapor.

Aplicações com turbulência, ondulações e ondas

Líquidos em tanques grandes frequentemente apresentam ondulações e turbulências na superfície, e esse tipo de turbulência representa um obstáculo real para medições de alta frequência. Dispositivos de alta frequência possuem comprimentos de onda curtos, de modo que mesmo pequenos movimentos na superfície podem dispersar o sinal em vez de refletí-lo com clareza, enfraquecendo o sinal de retorno. Instrumentos de média e baixa frequência lidam melhor com esse problema, pois emitem comprimentos de onda mais longos. Grandes tanques de armazenamento de petróleo bruto e bacias de aeração em estações de tratamento de efluentes, onde a superfície está em constante agitação, são exemplos típicos em que o radar de média e baixa frequência é a opção mais confiável.

Aplicações espumosas

A medição precisa torna-se mais difícil quando a superfície está coberta de espuma, por razões semelhantes às da condensação e da sujidade: a espuma absorve o sinal de radar. Os instrumentos de baixa frequência tendem a funcionar bem nestes casos e fornecem leituras mais fiáveis. Como as propriedades da espuma variam bastante, a baixa frequência é mais adequada para espumas espessas e densas, como látex, melaço ou cerveja, enquanto a frequência média consegue lidar com espumas mais leves. Os instrumentos de alta frequência, por outro lado, não são adequados para aplicações com espuma.

Tanques de armazenamento de líquidos a granel

A medição de nível em sistemas de armazenamento a granel, como tanques de teto flutuante, às vezes é feita através de tubulações estáticas. O radar de baixa frequência costuma ser a opção preferida nesses casos, pois é menos sensível ao acúmulo de material nas paredes da tubulação e a tubulações que não sejam perfeitamente retas. O radar de alta frequência tende a apresentar dificuldades nessa configuração. Tanques de armazenamento de petróleo bruto e derivados em plantas petroquímicas são um exemplo clássico de uso de radar de baixa frequência em conjunto com tubulações estáticas.

Além disso, o vento, a deformação do tanque, a sombra e a luz solar podem causar movimentos no teto de tanques de armazenamento a granel. O radar de alta frequência é mais sensível a esse tipo de inclinação devido ao seu ângulo de feixe estreito. Se o eixo da antena se deslocar, mesmo que ligeiramente, da vertical, o sinal refletido pode ser completamente perdido.

Medição do nível de sólidos

A frequência ideal para medição de sólidos depende da aplicação. Radares de média e baixa frequência são adequados para sólidos grosseiros, poeira e condensação, enquanto radares de alta frequência funcionam bem com pós finos. Silos de grãos Os silos de carvão, com suas partículas grossas e poeira densa, são adequados para frequências médias e baixas, enquanto pós finos como farinha ou leite em pó tendem a ser medidos com mais precisão por radar de alta frequência. A condensação geralmente é um problema para radares de alta frequência e, quando combinada com certos sólidos, pode acelerar o acúmulo de material que entope as pequenas aberturas dos bocais e bloqueia as antenas de alta frequência, que tendem a ser pequenas por natureza.