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Medición radar: la revolución de los 80 GHz

Agosto 7, 2019
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El aumento en la frecuencia de medición ofrece sensibilidad mejorada y medición sin contacto en espacios reducidos.

A medida que continúan proliferando los sensores de radar de 80 GHz, comenzaron a utilizarse en aplicaciones en las que nunca se habían utilizado. Este es justamente el caso de los procesos que usan tanques pequeños o recipientes y operaciones que trabajan con productos con una constante dieléctrica baja (dK). Un fabricante de autopartes se enfrentaba a ambos: pequeños recipientes en espacios reducidos que intentaban medir el polietileno líquido (Figura 1).

La mayoría de nuestros autos están hechos ahora de plásticos y compuestos plásticos. Según el American Chemistry Council, los plásticos representan aproximadamente el 50% del volumen de un vehículo típico. Los fabricantes comenzaron a usar más plástico en los autos para superar los desafíos de mejorar la eficiencia del combustible y lograr una mayor seguridad del vehículo. Pero este cambio trajo aparejados nuevos desafíos en cuanto a la medición de nivel, debido a la complejidad implícita en la forma de trabajar los nuevos materiales.

Figura 1: ESPACIO ESTRECHO. Es difícil medir el nivel de polietileno líquido en recipientes tan pequeños con mezcladores.

A mayor frecuencia, menor tamaño de la antena

El foco del haz de microondas de un transmisor de radar depende de dos cosas: el tamaño de la antena de un transmisor de radar y su frecuencia de transmisión. Una antena más pequeña tendrá un haz más ancho y menos enfocado. A la inversa, una antena más grande tendrá un haz más estrecho y más enfocado. A medida que los radares que usan frecuencias de 80 GHz se han convertido en el estándar, las antenas más grandes –utilizadas exclusivamente para lograr el enfoque- se han vuelto obsoletas (Figura 2).

Un haz de radar estrecho permite a los operadores medir en recipientes más pequeños y dentro de tanques con instalaciones interiores como mezcladores o serpentines de calefacción. Con antenas más pequeñas y, por asociación, conexiones de proceso más pequeñas, ahora los sensores de radar pueden instalarse en lugares donde antes era imposible. Por ejemplo, el VEGAPULS 64 de 80 GHz de VEGA logra un ángulo de haz de solo 3,6° utilizando una antena de 3’’. Esa misma antena se puede contraer hasta ¾‘’ mientras se alcanza un ángulo de haz de 14°. Esto permite que los radares se usen en espacios reducidos y aun así lograr una medición precisa.

Figura 2: OPCIONES DE ANTENA. Un foco de radar de 80 GHz varía según el tamaño de la conexión del proceso. Cuanto más grande sea la antena, mejor será el enfoque.

 

Mejor enfoque y mayor sensibilidad

Los sensores de radar funcionan solo mientras reciben una señal de retorno desde la parte superior del material que están midiendo. Esta tecnología funciona bien con líquidos altamente reflectantes, como el agua, pero la materia poco reflectante, como el polietileno, tiene un dK bajo, y no siempre proporciona una señal de retorno lo suficientemente fuerte como para calcular una medición de nivel con precisión. En el pasado, si la constante dieléctrica de un líquido era demasiado baja, el radar podría no ser lo suficientemente sensible como para medirlo. Eso cambió gracias a los avances en el rango dinámico.

Medido en decibeles (dB), el rango dinámico es un indicador de sensibilidad. Los sensores con un amplio rango dinámico son lo suficientemente sensibles como para registrar señales débiles y fuertes. La sensibilidad del radar varía de un fabricante a otro e incluso de un sensor a otro. El VEGAPULS 64 tiene un rango dinámico de 120 dB, lo suficientemente grande como para medir cualquier líquido independientemente del valor de dK.

 

Medidas difíciles en lugares difíciles

Un fabricante de autopartes responsable de la fabricación de interiores de vehículos, volantes, molduras exteriores y piezas de acabado para una serie de grandes fabricantes de automóviles en todo Estados Unidos no estaba siguiendo el nivel en 30 tanques de polietileno, un producto con malas propiedades de reflexión. Los operadores se quedaron adivinando el nivel para los 30 tanques, lo que llevó a ineficiencias y desbordamientos ocasionales.

Los tanques en este proceso son muy pequeños: aproximadamente un metro y medio de alto y menos de un metro de diámetro. En la parte superior de los tanques hay una única conexión de proceso de 1 ", y se empuja hacia la pared lateral debido a un mezclador voluminoso montado en la parte superior. Para complicar más las cosas, hay poco o ningún espacio sobre el recipiente como para instalar un sensor.

Todos estos factores, un medio poco reflectivo y una pequeña conexión de proceso en un espacio estrecho al lado de una pared lateral, presentaron una medición excepcionalmente desafiante que no habría sido posible en el pasado. Afortunadamente, un radar de 80 GHz tiene la sensibilidad y el enfoque necesarios para realizar la medición de nivel (Figura 3).

Para instalar la nueva instrumentación, los técnicos tuvieron que superar algunos obstáculos más. Primero, necesitaban encontrar una forma de evitar la brida grande del mezclador en la parte superior del tanque. Para hacer esto, instalaron una extensión de 8 '', que redujo la conexión del proceso roscado de 1 '' a una rosca de ¾ ''.

Afortunadamente, esta conexión de ¾" no fue un problema debido a las versátiles conexiones de proceso del instrumento de radar. La nueva solución de mediciones permitió a la planta ejecutar su proceso a una tasa de producción óptima y redujo significativamente el riesgo de desbordamiento de los tanques.

Figura 3: FLEXIBILIDAD DE MONTAJE. La gama de conexiones de proceso más pequeñas permite el montaje en lugares y en formas nunca antes vistas.

 

Foco, versatilidad y sensibilidad

Las mediciones de nivel que antes eran problemáticas o imposibles ya no son un problema gracias a la estandarización del radar de 80 GHz. Un radar de mayor frecuencia proporciona un enfoque ajustado, lo que permite realizar mediciones de nivel en los espacios más pequeños. Esta misma tecnología abre la disponibilidad para una gama más amplia de conexiones de proceso. Los tamaños de conexión de proceso más comunes todavía están disponibles, pero ahora aberturas tan pequeñas como las de ¾ de entrada pueden alojar un sensor de radar.

Con una frecuencia más alta también viene una sensibilidad más alta. Un rango dinámico de 120 dB garantiza que los productos con propiedades de baja reflexión aún puedan obtener una señal de retorno precisa. El nuevo estándar en radar está abriendo un nuevo conjunto de posibilidades en la medición de nivel.