Confusión en el mundo de las mediciones de nivel por radar: ¡No es para tanto!

La medición de nivel por radar no se detiene en su avance y van surgiendo constantemente nuevos modelos con novedosas características. Hemos usado frecuencias de radar de 6 GHz, luego de 26 MHz y de repente saltamos a 80 GHz! Recientemente, para agregar más suspenso al tema, aparece Endress+Hauser hablando de 113 GHz…

Antes que nada, vamos a disipar algunos mitos. Primero, de la misma manera que el láser para sistemas de comunicaciones de fibra óptica ha hecho posible el uso de sistemas ópticos infrarrojos en analizadores de gases de proceso o que la tecnología de teléfono móvil ha aportado el hardware en los primeros sistemas de medición de nivel por radar, las versiones de 80 GHz son el resultado de una tecnología de medición introducida en el mercado a raíz de investigaciones en sistemas de medición de distancia y sensores de estacionamiento utilizados en los coches modernos. Los proveedores tomaron los sensores y chipsets para desarrollar un nuevo producto industrial y luego trataron de encontrarle las mejores aplicaciones – en este caso, las únicas que podrían beneficiarse de 80 GHz.

Segundo, Endress+Hauser no tiene un sistema de 113 GHz, sino que es tan sólo un ‘gancho’ para promover su posición en el mercado de sensores de medición de nivel por radar. 

Endress+Hauser hace hincapié en una ‘competencia completa en radar de 113 GHz’, que es la suma de las diferentes frecuencias que usan sus distintos sensores… Estas frecuencias son 1, 6, 26 y 80 Hz.

 

¿Por qué tantas frecuencias?

Posiblemente, la mejor explicación acerca de las frecuencias adecuadas para cada aplicación se encuentre en ‘Engineer’s Guides’ de Rosemount, donde los dispositivos se dividen, para generalizar, en baja, media y alta frecuencia.

Las señales de radar se atenúan, o sea hay una pérdida de intensidad, a medida que atraviesan el aire o el vapor que se encuentra por encima del líquido. Las altas frecuencias resultan más severamente afectadas que las menores frecuencias. Cuando el aire contiene gotas de humedad, vapor o líquido (por rociado o llenado), la atenuación es mayor. En aplicaciones con sólidos, las partículas de polvo tienen el mismo efecto. Por lo tanto, el radar de baja y media frecuencia es la mejor alternativa en caso de presencia de polvo o humedad. 

A menores frecuencias, la longitud de onda es mayor (30-50 mm), de modo que las ondulaciones superficiales en un tanque tienen un efecto reducido. A mayores frecuencias, las ondulaciones superficiales y la espuma sobre la superficie pueden ser un problema. En cambio, las longitudes de onda más cortas de las unidades de alta frecuencia (4 mm) ofrecen una operación exacta en aplicaciones de corto alcance, por ejemplo en tanques de pequeño tamaño. 

Las unidades de mayor frecuencia pueden tener una construcción de sensor de menor tamaño, de modo que la unidad sea más fácil de instalar. El ángulo del haz es más angosto, por lo que se las puede destinar a un blanco con un área de menor tamaño y, en consecuencia, pueden ser posicionadas más fácilmente para evitar las obstrucciones en un tanque. Pero también puede ser una desventaja, ya que las instalaciones necesitan ser exactamente verticales y toda turbulencia de la superficie durante llenado o agitación puede hacer que se pierda la señal por momentos en tanques de mayor tamaño. 

Al leer estos comentarios, es importante recordar que Emerson no ofrece todavía una unidad de 80 GHz, por lo que, naturalmente, sus consideraciones se refieren a unidades de baja y media frecuencia. Los proveedores de unidades de alta frecuencia (Vega, Krohne y Endress+Hauser) señalan que, en muchos tanques de almacenamiento de líquido, la superficie no se altera, ya que factores como espuma, turbulencia y ondulaciones importantes (>2 mm) causadas por llenado o transferencia de líquido sólo provocan una interferencia de corta duración. Sumando el pequeño tamaño de la antena y la prestación en pequeños alcances, se puede ver que las unidades de 80 GHz son de gran utilidad en recipientes y tanques de proceso de menor tamaño.

 

Tipos de sistemas de radar

Hay dos tipos de sistemas de radar: radar de onda guiada (GWR por sus siglas en inglés) y radar de espacio libre. Los sistemas GWR utilizan una barra conductora, o similar, que va dentro del líquido, trabajando muchas veces en un tubo tranquilizador adosado al tanque de proceso principal. Estos sistemas operan con bajas frecuencias de microondas y son independientes de la turbulencia y espuma en la superficie. Son recomendables para mediciones de alcance más corto y medición de interfase entre líquidos, como así también en grandes alcances.

Los sistemas de radar de espacio libre se montan desde el tope con nada en el tanque; algunos pueden operar a través de ventanas no conductoras en el techo del tanque. Los sistemas de baja y media frecuencia, por lo general, transmiten una señal de pulso y miden la distancia al líquido por medio del retardo de tiempo del pulso que retorna. 

Los sistemas de alta frecuencia (80 GHz) usan una medición de radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW según sus siglas en inglés), donde se barre la frecuencia de transmisión y se mide la diferencia de frecuencia de la señal retornada para evaluar la distancia. La técnica FMCW también se utiliza en algunos sensores recientes de 26 GHz.

Los sistemas de radar pueden transmitir sus datos de medición usando 4-20 mA, sistemas de fieldbus con HART, fieldbus Foundation, PROFI–BUS PA y Modbus, o sistemas wireless como Bluetooth. Los sistemas de radar pulsado de baja y media frecuencia operan generalmente con una interface bifilar; algunos de los sistemas FMCW requieren más energía y usan una conexión de alimentación aparte.

 

Preparado por el Departamento Técnico de Editorial Control

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