Seleccione la frecuencia correcta para el transmisor de nivel de radar.

La tecnología de transmisores de nivel de radar ha seguido mejorando en los últimos 40 años y ahora es una de las tecnologías más utilizadas para medición a nivel industrial Los transmisores de radar generalmente se dividen en dos tipos: radar de onda guiada (GWR), que utiliza una sonda o cable de contacto, y radar sin contacto, que envía microondas a través de una antena sin tocar el medio.

En los últimos años, los transmisores de nivel de radar sin contacto también han experimentado nuevos desarrollos en la forma en que eligen su frecuencia de microondas. Estos dispositivos suelen venir en tres rangos: baja frecuencia (6 a 11 GHz), frecuencia media (24 a 29 GHz ), y alta frecuencia ( 80 GHz ), y los medidores de nivel por radar en estos rangos ya se están utilizando para proporcionar mediciones fiables y precisas sobre el terreno.

Cuanto mayor sea la variedad de dispositivos disponibles, mejor para los usuarios finales. Dicho esto, lo más importante al elegir uno es que la banda de frecuencia coincida con la aplicación específica. Cada aplicación tiene una banda de frecuencia óptima, y ​​no todas las bandas funcionan para todas las aplicaciones. Por ello, antes de tomar una decisión, los usuarios deben evaluar cuidadosamente las ventajas y desventajas de cada frecuencia, así como las condiciones del lugar que pueden afectar el rendimiento.

Cómo afectan las bandas de frecuencia a la precisión de la medición

Un radar mide la distancia entre sí mismo y una superficie mediante las microondas que emite. Para ello, calcula el tiempo que tarda el pulso en llegar a la superficie medida y reflejarse de vuelta al instrumento.

La frecuencia determina la longitud de onda: cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda.

Absorción y atenuación de la señal

La frecuencia es la propiedad más básica de cualquier sensor de nivel de radar y afecta el rendimiento de la medición de diversas maneras. Por ejemplo, las microondas de alta frecuencia que atraviesan un medio se absorben más, lo que debilita la señal que regresa.

Es un poco como escuchar música a través de una pared. Los graves de baja frecuencia se filtran porque pueden atravesar la pared, mientras que los agudos de alta frecuencia, en su mayoría, no pueden.

Del mismo modo, la espuma, el polvo, el vapor y la condensación tienden a dificultar la medición del nivel porque interfieren, en particular, con las señales de radar de alta frecuencia, debilitando la señal de retorno y afectando a la precisión general.

La intensidad de la señal siempre disminuye a medida que viaja a través de un medio. Por lo tanto, las señales de alta frecuencia suelen sufrir mayor atenuación que las de frecuencia media o baja.

Ángulo del haz y tamaño de la antena

La frecuencia también influye considerablemente en el ángulo y la anchura del haz de una antena de radar. Una señal de alta frecuencia puede lograr un ángulo de haz estrecho con una antena pequeña, y los ángulos de haz estrechos son útiles porque ayudan a evitar obstrucciones dentro de tanques y embarcaciones.

Dicho esto, el radar de baja frecuencia también puede lograr ángulos de haz estrechos, aunque con una antena más grande. Por lo tanto, los usuarios deben tener en cuenta el espacio disponible en la embarcación para su montaje.

Los haces estrechos también tienen sus desventajas: cualquier obstrucción en el tanque puede bloquear completamente un haz estrecho, mientras que un haz más ancho podría bloquearse solo parcialmente y aun así proporcionar una lectura fiable.

Turbulencia y dispersión de la señal

La turbulencia en el líquido del proceso también puede afectar la medición por radar. Las olas y ondulaciones en la superficie provocan que las microondas se dispersen en lugar de reflejarse limpiamente hacia la antena, lo que puede causar pérdidas de intensidad de señal de hasta el 90%, perjudicando tanto la fiabilidad como la precisión. Las longitudes de onda cortas en las transmisiones de alta frecuencia son especialmente sensibles a este fenómeno.

Las unidades de radar de alta frecuencia más modernas, a menudo construidas alrededor de los 80 GHz, utilizan una longitud de onda mucho más corta y un ángulo de haz muy estrecho. Este haz estrecho funciona bien en recipientes pequeños y polvos finos, donde un haz ancho no tiene espacio para evitar obstrucciones internas. Sin embargo, presenta los mismos inconvenientes que otros radares de alta frecuencia: la espuma, el vapor y la turbulencia siguen debilitando la señal, por lo que los 80 GHz no solucionan el problema de los tanques sucios o espumosos descritos anteriormente.

Turbulencia y dispersión de la señal

La medición del nivel mediante radar puede verse afectada por la turbulencia en el líquido procesado. Esto se debe a que, en la superficie del líquido, las microondas chocan con las ondas y rizaduras. Desafortunadamente, debido a la turbulencia, estas microondas se dispersan en lugar de reflejarse hacia la antena. Esto puede provocar una pérdida de señal de aproximadamente el 90%, lo que afecta la fiabilidad y la precisión de las mediciones. Por lo tanto, esto también afectará a las longitudes de onda cortas en las transmisiones de alta frecuencia.

Las unidades de radar de alta frecuencia más modernas, a menudo construidas alrededor de los 80 GHz, utilizan una longitud de onda mucho más corta y un ángulo de haz muy estrecho. Este haz estrecho funciona bien en recipientes pequeños y polvos finos, donde un haz ancho no tiene espacio para evitar obstrucciones internas. Presenta los mismos inconvenientes que otros radares de alta frecuencia: la espuma, el vapor y la turbulencia siguen debilitando la señal, por lo que los 80 GHz no solucionan el problema de los tanques sucios o espumosos descritos anteriormente.

Elegir la frecuencia adecuada para diferentes aplicaciones

En la industria de procesos, existen numerosas aplicaciones para la medición de nivel por radar, y cada una presenta sus propios desafíos. Por ello, es importante que los usuarios determinen qué banda de frecuencia se ajusta mejor a sus necesidades. A continuación, se presentan algunos escenarios comunes que conviene considerar.

Antenas con suciedad y contaminación

La suciedad y la contaminación que se acumulan en una antena con el tiempo pueden afectar la dirección y la intensidad de la señal de radar. Las señales de frecuencia media y baja no se ven afectadas en gran medida por esto, ya que tienen baja sensibilidad a la contaminación. Las señales de alta frecuencia son otra historia: cualquier suciedad que cubra la antena absorbe una buena parte de la energía de la señal y también puede cambiar la dirección del haz. Incluso una pequeña acumulación distribuida de forma desigual puede desviar el haz en alrededor de 1,5 grados. Esto es especialmente problemático para el radar de haz estrecho, ya que la antena no recibirá el eco de retorno correctamente y la intensidad de la señal disminuye significativamente. Los silos de cemento y plantas de procesamiento de minerales Las zonas donde los niveles de polvo son especialmente altos son buenos ejemplos de lugares donde el radar de frecuencia media y baja tiende a funcionar mejor.

Tanques con vapor o condensación

El ruido generado por las gotas de agua puede dificultar la obtención de una reflexión nítida de la superficie del producto cuando hay vapor o condensación. Esto afecta principalmente a las señales de alta frecuencia, por lo que las tecnologías de frecuencia media y baja son la mejor opción en esta situación. El diseño de la antena también es importante. Las antenas con superficies planas y horizontales no son adecuadas para entornos propensos a la condensación. Este tipo de configuración se encuentra frecuentemente en tanques de agua de alimentación de calderas de vapor o reactores químicos con camisas de vapor calefactadas.

Aplicaciones con turbulencia, ondulaciones y olas.

El líquido en un tanque grande suele presentar ondulaciones y turbulencias en su superficie, lo que representa un verdadero obstáculo para la medición de alta frecuencia. Los dispositivos de alta frecuencia tienen longitudes de onda cortas, por lo que incluso un pequeño movimiento de la superficie puede dispersar la señal en lugar de reflejarla limpiamente, debilitando así la señal de retorno. Los instrumentos de frecuencia media y baja manejan mejor este problema, ya que emiten longitudes de onda más largas. Los grandes tanques de almacenamiento de petróleo crudo y las balsas de aireación en las plantas de tratamiento de aguas residuales, donde la superficie se agita constantemente, son ejemplos típicos donde el radar de frecuencia media y baja es la opción más fiable.

Aplicaciones espumosas

La medición precisa se dificulta cuando la superficie está cubierta de espuma, por razones similares a las de la condensación y la suciedad: la espuma absorbe la señal del radar. Los instrumentos de baja frecuencia suelen funcionar bien en estas condiciones y proporcionan lecturas más fiables. Dado que las propiedades de la espuma varían mucho, la baja frecuencia es más adecuada para espumas espesas y densas como el látex, la melaza o la cerveza, mientras que la frecuencia media puede manejar espumas más ligeras. Los instrumentos de alta frecuencia, por otro lado, no son adecuados en absoluto para aplicaciones con espuma.

Tanques de almacenamiento de líquidos a granel

La medición de nivel en depósitos a granel, como los de techo flotante, a veces se realiza mediante tuberías fijas. El radar de baja frecuencia suele ser la opción preferida, ya que es menos sensible a la acumulación de sedimentos en la pared de la tubería y a las tuberías que no son perfectamente rectas. El radar de alta frecuencia tiende a tener dificultades en este tipo de configuración. Los tanques de almacenamiento de petróleo crudo y productos refinados en plantas petroquímicas son un ejemplo clásico de radar de baja frecuencia combinado con tuberías fijas.

Además, el viento, la deformación del tanque, la sombra y la luz solar pueden provocar cierto movimiento en el techo de los tanques de almacenamiento a granel. El radar de alta frecuencia es más sensible a este tipo de inclinación debido a su estrecho ángulo de haz. Si el eje de la antena se desvía, aunque sea ligeramente, de la vertical, puede perder por completo la señal reflejada.

Medición del nivel de sólidos

La frecuencia adecuada para la medición de sólidos depende de la aplicación. Los radares de frecuencia media y baja pueden medir sólidos gruesos, polvo y condensación, mientras que los radares de alta frecuencia funcionan bien con polvos finos. Silos de grano Los depósitos de carbón, con sus partículas gruesas y polvo denso, son adecuados para radares de frecuencia media y baja, mientras que los polvos finos como la harina o la leche en polvo tienden a medirse con mayor precisión con radares de alta frecuencia. La condensación suele ser un problema para los radares de alta frecuencia, y cuando se combina con ciertos sólidos, puede acelerar la acumulación que obstruye las pequeñas aberturas de las boquillas y bloquea las antenas de alta frecuencia, que de por sí suelen ser pequeñas.