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El transmisor de nivel por radar FMCW de 80 GHz es la opción preferida para tanques de aceite vegetal comestible de hasta 30 m de altura. El Silver Automation Instruments SDRD82, con antena de lente de PTFE integrada, soporta la condensación, el vapor de aceite y la espuma sin desviaciones en la calibración. La salida es de 4-20 mA/HART o RS485 Modbus, y se alimenta con 24 V CC.
Los tanques de aceite vegetal parecen sencillos sobre el papel. Pero pregúntenle a cualquier ingeniero de instrumentación que haya lidiado con condensado de aceite de palma en una cúpula tropical sin calefacción, o con vapor de aceite de girasol que empaña la lente de un sensor durante la noche, y les dirán que la lectura del nivel es lo que les causa problemas. El medio en sí no es agresivo, pero el entorno sí lo es.
Este artículo explica cómo seleccionar y configurar un transmisor de nivel de radar de 80 GHz para el almacenamiento de aceite vegetal comestible, qué material de antena y conexión de proceso especificar, y dónde se producen los errores más comunes durante la instalación.
La banda de frecuencia de 80 GHz ofrece un ángulo de haz más estrecho en comparación con las unidades antiguas de 26 GHz . Para un tanque de almacenamiento vertical típico con una cúpula o tapa cónica, esto es importante. Un haz de medio ángulo de 6 grados en un SDRD82 con una lente DN50 se mantiene alejado de las paredes laterales hasta aproximadamente 500 mm, incluso en un tanque de 3 metros de diámetro. Menos interferencia de las paredes del tanque, menos ecos falsos.
El aceite tiene una constante dieléctrica que suele oscilar entre 2,8 y 3,2, un valor bajo. La reflexión del radar es menor que en el agua. Sin embargo, la señal FMCW (onda continua modulada en frecuencia) de 80 GHz es lo suficientemente sensible como para obtener una señal fiable incluso con estos bajos valores dieléctricos, a través de capas de vapor moderadas.
FMCW es el principio adecuado en este caso. Transmite una señal de barrido continuo en lugar de un pulso, lo que proporciona una mejor relación señal-ruido en medios de baja constante dieléctrica. El SDRD82 utiliza este método y resuelve el nivel con una precisión de 2 mm en todo el rango.
En tanques exteriores sin aislamiento, las fluctuaciones de temperatura provocan condensación en la superficie de la antena. El vapor de aceite proveniente de la superficie del producto también puede depositar una fina película sobre la lente con el tiempo. Ambos efectos reducen la señal de retorno.
Antena de lente de PTFE enrasada del sensor de nivel de radar
Una antena con lente de PTFE al ras resuelve la mayor parte de este problema. La superficie de PTFE es antiadherente y autolimpiante hasta cierto punto: el condensado se escurre en lugar de acumularse. La acumulación de película de aceite es más lenta en comparación con una antena de metal desnudo o PP. Para el SDRD82, la opción de antena DQ o EQ utiliza un cuerpo de acero inoxidable 316L con una lente de PTFE, con una temperatura de proceso de 200 °C y una presión de 2,5 MPa. Esto supera con creces los requisitos para el almacenamiento de aceite vegetal, por lo que existe un amplio margen tanto de temperatura como de presión.
En instalaciones con alta concentración de vapor, la boquilla de conexión debe ser corta. La hoja de datos del SDRD82 especifica una altura máxima de boquilla de 150 mm para una antena DN50 y de 200 mm para una DN80. Si se supera esta altura, se produce un efecto de guía de ondas que puede atrapar ecos y generar lecturas erróneas al 0 % o al 100 %. Esto se observa con frecuencia cuando se han adaptado tanques con un cuello de proceso largo, originalmente diseñado para un indicador de nivel de flotador.
Para un tanque de 5,7 metros que almacena aceite vegetal comestible, el SDRD82 en sus variantes DS o DQ es la recomendación estándar. El DS utiliza una brida DN50 con una lente de antena de 316L+PTFE; el DQ es idéntico, pero con una extensión de antena más larga, con una resistencia de hasta 200 °C, para aplicaciones de alta temperatura. Ambos alcanzan una precisión de 2 mm en un rango de 0 a 30 metros.
| Parámetro | Especificación SDRD82 DS/DQ |
| Rango de medición | De 0 a 30 metros |
| Exactitud | ±2 mm |
| Conexión de proceso | Brida DN50 / DN80 / DN100 (PN16) |
| Material de antena | Acero inoxidable 316L + lente de PTFE |
| Temperatura del proceso | Hasta 150 °C (DS) / 200 °C (DQ) |
| Presión del proceso | -0,1 a 2,5 MPa |
| Señal de salida | 4-20 mA / HART o RS485 Modbus |
| Fuente de alimentación | 2 hilos 24 V CC o 4 hilos 10,8-26,4 V CC |
| Índice de protección | IP67 / IP66 |
| Frecuencia | 77-81 GHz |
Para aplicaciones alimentarias que requieren un sellado facial higiénico, la serie SDRD83 KW/KQ con conexión de abrazadera sanitaria de 2" o 3,5" es una alternativa. Sin embargo, para tanques de almacenamiento a granel medidos mediante una boquilla con brida, el modelo SDRD82 es la opción más práctica y la más comúnmente especificada en África Occidental, el Sudeste Asiático y Oriente Medio para esta aplicación específica.
Una cúpula sin aislamiento tiene dos implicaciones. Primero, el instrumento se ve afectado por las variaciones de temperatura ambiente. La carcasa del SDRD82 está diseñada para temperaturas ambiente de -40 °C a 80 °C, lo que cubre cómodamente cualquier instalación al aire libre en Lagos o climas similares. Segundo, si la cúpula es arqueada, evite montarla en el vértice. Una parte superior curva provoca múltiples reflexiones (el radar percibe la superficie de la cúpula como un objetivo adicional) y reduce la precisión. Móntela en una posición ligeramente descentrada, manteniendo una distancia mínima de 200 mm de la pared del recipiente.
Si el tanque tiene estructuras internas como un tubo de succión o una serpentina de calentamiento, realice una secuencia de aprendizaje de eco virtual después de la instalación. Esto identifica los objetivos falsos fijos y los elimina de la medición. El SDRD82 realiza esta función a través del módulo de visualización ViewPoint o mediante un programador portátil HART conectado a través de una resistencia de 250 ohmios en el bucle.
La entrada de cables requiere un prensaestopas M20x1.5. Para instalaciones exteriores, coloque el cable con un bucle de goteo debajo del prensaestopas para evitar la entrada de agua. El prensaestopas debe tener una clasificación IP66 o superior. La carcasa del SDRD82 tiene una clasificación IP67.
Cableado del transmisor de nivel de radar 80G
La configuración de dos hilos 4-20mA / HART es la más común para las instalaciones de almacenamiento de aceite vegetal. El instrumento se alimenta del circuito a 24 V CC y devuelve la señal de 4-20 mA por el mismo par. La resistencia total del circuito puede alcanzar aproximadamente 1000 ohmios con una alimentación de 24 V. La comunicación HART se superpone a la señal de 4-20 mA, por lo que se puede utilizar un comunicador HART o conectarse a un convertidor COMWAY para la configuración con PC sin interrumpir el circuito.
RS485 Modbus RTU está disponible como alternativa si la instalación utiliza un sistema PLC o SCADA que prefiera el bus de campo digital. En ese caso, se aplica la configuración de 4 hilos: alimentación independiente (24 V CC) y pares de señales RS485. La velocidad de transmisión y la dirección del esclavo se pueden configurar mediante el módulo de visualización.
Para cumplir con los requisitos de seguridad contra explosiones, el SDRD82 admite la certificación de seguridad intrínseca (Ex ia IIC T6 Ga) con una barrera de seguridad FBS-2. El vapor de aceite vegetal generalmente no clasifica el área como Zona 0, pero algunos sitios cercanos a la estación de servicio de aceite pueden requerir la clasificación de Zona 1. Confirme la clasificación del área con el documento de área peligrosa del sitio antes de finalizar el pedido.
Los indicadores de nivel de flotador funcionan, pero tienen una pieza móvil en contacto con el aceite, lo que requiere una limpieza periódica y puede provocar que el aceite se atasque si se solidifica con el frío. No son adecuados para depósitos de almacenamiento remotos no tripulados.
El radar de ondas guiadas (GWR) es una alternativa para medios de baja constante dieléctrica, pero la sonda queda dentro del tanque. En grandes tanques de almacenamiento (50 000 litros o más), una sonda de 5 a 6 metros resulta costosa y dificulta el acceso para el mantenimiento. Además, el GWR no se puede utilizar si el tanque cuenta con un agitador interno.
Los sensores de nivel ultrasónicos son sensibles al vapor y la espuma. Los tanques de aceite comestible suelen tener una capa fina de espuma durante el llenado, y el haz ultrasónico pierde temporalmente el contacto con la superficie. Las falsas alarmas de nivel bajo durante la carga son una queja común entre los operadores que probaron los sensores ultrasónicos inicialmente.
El radar FMCW de 80 GHz evita los tres problemas. No tiene piezas móviles, ni sonda, y la señal penetra la espuma ligera con la suficiente fiabilidad para la mayoría de las aplicaciones de almacenamiento.
| Especificación | Métrico | Imperial |
| Altura del tanque (esta aplicación) | 5,7 metros | 18,7 pies |
| Rango máximo de medición (SDRD82) | 30 metros | 98,4 pies |
| Exactitud | ±2 mm | ±0,08 pulgadas |
| Ángulo del haz (lente DN50) | 6° | 6° |
| Ángulo del haz (lente DN80) | 3° | 3° |
| Rango de temperatura del proceso | -40°C a 200°C | -40°F a 392°F |
| Rango de presión del proceso | -0,1 a 2,5 MPa | -14,5 a 362,6 psi |
| Fuente de alimentación (2 hilos) | 24 V CC | 24 V CC |
| Producción | 4-20 mA / HART / RS485 | 4-20 mA / HART / RS485 |
| Altura máxima de la boquilla (DN50) | 150 mm | 5.9 pulgadas |
| Espacio libre mínimo en la pared | 200 mm | 7.9 pulgadas |
| Temperatura ambiente | -40°C a 80°C | -40°F a 176°F |
| Peso (SDRD82) | Aprox. 8,0 kg | Aprox. 17,6 libras |
Silver Automation Instruments suministra el transmisor de nivel por radar SDRD82 de 80 GHz en stock para configuraciones estándar. El plazo de entrega para las variantes con brida y antena de lente de PTFE suele ser de 3 a 5 semanas para 6 unidades.
Para preparar un presupuesto, envíe los siguientes datos a sales@silverinstruments.com :
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