Medición de nivel por radar es una técnica de tiempo de vuelo con microondas que determina el nivel de un líquido, suspensión o sólido midiendo cuánto tarda un pulso electromagnético o un barrido de frecuencia en viajar desde una antena o sonda hasta la superficie y volver.
A diferencia de los dispositivos ultrasonidos, el radar no depende de la propagación del sonido por el espacio de vapor, por lo que es en gran medida indiferente a la composición del gas, la presión y la temperatura.
Dos familias dominan el uso industrial: el radar sin contacto, que envía microondas a través del aire, y el radar de onda guiada (GWR), que envía un pulso por una sonda inmersa en el proceso.
Los transmisores de radar sin contacto se montan en la parte superior de un recipiente y emiten energía de microondas, típicamente en las bandas de 6 GHz, 26 GHz o 80 GHz, a través de un cuerno, varilla o antena planar.
Radar de pulso envía ráfagas cortas de microondas y mide directamente el tiempo de ida y vuelta. FMCW (onda continua de frecuencia modulada) transmite un barrido de frecuencia variable y obtiene la distancia a partir de la diferencia entre la señal transmitida y la reflejada, proporcionando alta resolución a corta distancia.
Las frecuencias más altas, notablemente 80 GHz, producen un haz más estrecho para un tamaño de antena dado, reduciendo ecos falsos y permitiendo conexiones más pequeñas.
El GWR lanza un pulso de microondas de baja energía a lo largo de una sonda rígida o flexible, como una varilla, un tubo coaxial o un cable gemelo, que se extiende dentro del recipiente y, en servicio con líquidos, a menudo está sumergida hasta el fondo.
Debido a que el pulso viaja a lo largo de la sonda en lugar de radiar libremente, la pérdida de energía con la distancia es mucho menor que en el radar en espacio libre, por lo que el método a veces se denomina reflectometría en el dominio del tiempo (TDR).
La señal se refleja fuertemente en cualquier discontinuidad dieléctrica, por lo que una única sonda puede detectar dos niveles a la vez, como una interfase aceite-agua. El GWR funciona bien en boquillas estrechas donde la divergencia del haz dificultaría a un dispositivo sin contacto.
La intensidad de la señal de radar está determinada principalmente por la constante dieléctrica (permitividad relativa, DK) del medio. El agua (DK alrededor de 80) refleja fuertemente; los hidrocarburos y disolventes tienen DK baja, a menudo aproximadamente 1,9 a 4, y producen ecos más débiles.
El radar sin contacto generalmente necesita un DK mínimo de aproximadamente 1,4 a 1,9, y los instrumentos de 80 GHz pueden extender el rango útil a valores menores.
El GWR maneja mejor medios de DK baja ya que el pulso guiado concentra la energía a lo largo de la sonda, siendo las sondas coaxiales utilizables hasta valores de DK cercanos a 1,4.
Los sólidos y polvos presentan comportamiento dieléctrico variable, por lo que es práctica habitual basarse en datos del proveedor o en pruebas in situ.
El ultrasonidos mide el tiempo de vuelo del sonido a través del espacio de vapor y no puede funcionar en vacío; el radar tolera el vacío y atmósferas polvorientas, ya que las microondas no necesitan un medio de propagación.
En comparación con instrumentos de desplazador o flotador, el radar y el GWR no tienen partes móviles mojadas y responden a la constante dieléctrica en lugar de una gravedad específica fija.
| Parámetro | Radar sin contacto (FMCW/pulso) | Radar de onda guiada (TDR) |
|---|---|---|
| Frecuencia típica | 6 GHz, 26 GHz, 80 GHz | Pulso de banda base, sin frecuencia en espacio libre |
| Contacto con el proceso | Ninguno | Sonda en contacto con el fluido del proceso |
| Constante dieléctrica práctica mínima | Aproximadamente 1,4 a 1,9 (menor con 80 GHz) | Aproximadamente 1,4 a 1,6 (sondas coaxiales) |
| Detección de interfaces (dos niveles) | Limitada, requiere procesamiento especial | Muy adecuada, aplicación común |
| Idoneidad para boquillas estrechas / tubo vertical | Requiere despeje del haz | Excelente, energía guiada |
| Tolerancia a turbulencia y espuma | Moderada, dependiente del haz | Buena, la energía se mantiene cerca de la sonda |
| Precisión típica (dependiente del proveedor) | Orden de milímetros con buena reflectividad | Orden de milímetros con buena reflectividad |
| Norma de referencia común | IEC 61508 (SIL), ATEX/IECEx para zonas peligrosas | IEC 61508 (SIL), ATEX/IECEx para zonas peligrosas |
La espuma ligera y seca suele ser en gran medida transparente a las microondas, por lo que el radar puede medir a través de ella.
La espuma húmeda, densa o conductora atenúa o refleja la señal en su superficie superior, provocando una lectura falsa alta; el GWR generalmente afronta mejor la espuma intensa porque el pulso guiado se mantiene cerca de la sonda.
Las superficies turbulentas y las salpicaduras durante el llenado pueden dispersar la reflexión y requieren filtros como el seguimiento de ecos.
Obstrucciones como escaleras, serpentines y boquillas en la trayectoria del haz de un radar sin contacto generan ecos falsos que deben mapearse en la puesta en marcha; el GWR evita en gran medida esto ya que la sonda define la trayectoria de medida.
La acumulación en la antena o la sonda también puede degradar el rendimiento y debe comprobarse durante las inspecciones rutinarias.
La mayoría de los transmisores de nivel por radar industriales entregan una señal analógica de 4-20 mA con el protocolo HART superpuesto, de modo que un único par trenzado transporta la lectura continua del nivel (o volumen, mediante una tabla de calibración) más datos de diagnóstico como la amplitud de la señal y el estado de la sonda.
HART permite a los equipos de mantenimiento trazar tendencias de la calidad de la señal y detectar un eco degradado o una acumulación antes de que produzcan una lectura incorrecta.
Registrar estos diagnósticos e historial de calibración dentro de un GMAO (CMMS) como Fabrico convierte la salud del transmisor de nivel en una tarea programada y auditable en lugar de una intervención reactiva tras saltar una alarma.
Para más información sobre la interpretación de señales de bucle, vea fundamentos del bucle de corriente 4-20 mA y conceptos básicos del protocolo HART . Cuando la instrumentación de nivel y caudal comparten un proceso, revisar tipos de caudalímetros industriales proporciona contexto útil.
Para organizar el seguimiento de inspecciones y calibraciones en toda la planta, reserva una demo de Fabrico .
El radar sin contacto puede medir a través de ciertas tapas de tanque no metálicas si el material y el espesor son adecuados para la transmisión de microondas, pero esto debe verificarse con los datos del fabricante, ya que la pérdida dieléctrica en la pared atenúa la señal.
El radar sin contacto en recipientes turbulentos o estrechos a veces utiliza un pozo de calma para estabilizar la superficie; el radar de onda guiada elimina en gran medida esta necesidad porque la propia sonda proporciona una trayectoria guiada de baja turbulencia.
El radar funciona de forma confiable en vacío porque la propagación de microondas no depende de un medio gaseoso como ocurre con las ondas sonoras ultrasónicas, por lo que es un reemplazo habitual del ultrasonidos en columnas al vacío.
Las causas comunes incluyen espuma pesada o conductora, turbulencia severa, un medio con una constante dieléctrica muy baja cerca del límite de sensibilidad de la tecnología, o acumulación que recubre la antena o la sonda; los diagnósticos HART, como el seguimiento de la amplitud del eco, ayudan a detectar una señal en degradación antes de que se produzca una pérdida total.
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