Medição de nível por radar sem contato e suas bandas de frequências.

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Medição de nível por radar sem contato e suas bandas de frequência!

E aí galera, tudo certo? Hoje, a ideia é falar um pouco mais sobre transmissores de nível por radar sem contato, também conhecidos como radares de onda livre. Estamos falando do mesmo dispositivo, apenas usando um nome diferente.

Além de falar sobre o funcionamento, você ficará surpreso ao saber que esses medidores de nível possuem diferentes opções de frequência. E aí? Qual você deve escolher? Fica tranquilo, no final do artigo você vai entender muito melhor as suas características para escolher o radar de onda livre ideal para a sua aplicação.

Tabela de conteúdo:

Medidor de nível por tempo de voo (Time-of-Flight)

Tempo de voo está relacionado ao tempo que o sinal do radar leva para alcançar a superfície do seu produto e retornar. O medidor de nível por radar utiliza ondas eletromagnéticas, enquanto o medidor de nível ultrassônico utiliza ondas mecânicas.

Falando sobre o funcionamento, o medidor de nível ultrassônico emite ondas mecânicas com um sensor piezoelétrico. Essas ondas refletem na superfície do produto, retornando ao sensor. Em seguida, o dispositivo sabe a distância e o nível, calculando quanto tempo demorou para a onda tocar a superfície e retornar.

medição de nível por radar
Cortesia do site radar tutorial!

Já no medidor de nível por radar, a antena emite microondas eletromagnéticas. Quando o sinal passa pelo produto, temos uma reflexão do sinal que será recebido pela antena do radar. Diferente do ultrassônico, o sinal do radar passa pelo produto, até atingir a base do tanque, gerando reflexões caso algum obstáculo ou diferentes produtos sejam encontrados no caminho do sinal.

O tempo entre a emissão e a recepção é proporcional ao nível do seu tanque, então um microprocessador calcula o nível.

Para usar transmissores do tipo radar, você precisa de uma constante dielétrica (DC). A constante dielétrica é a capacidade de um material para transportar uma corrente elétrica em comparação com a capacidade de um vácuo de transportar essa corrente.

Curva de envelope
Curva de envelope

Para as funcionalidades do radar, você encontrará diferentes bandas de frequência. Encontramos um radar utilizando frequência de 6 gigahertz (GHz), 26 e mais.

Mas, por que todas essas frequências e qual delas funcionará para a sua aplicação?

Sente-se e descubra as diferenças entre os tipos de bandas de frequência. Na verdade, você também encontrará diferentes argumentos de vendas para essas bandas, dependendo da empresa.

Quais são as frequências disponíveis nos radares para medição de nível?

Várias frequências! Você precisará prestar atenção em como eles diferem para encontrar um que atenda às suas necessidades.

Por exemplo, um radar móvel de velocidade opera em frequências que mudam de país para país. A primeira geração desses radares móveis usavam uma faixa de frequência de 8 a 12 GHz chamada banda X. A nova geração utiliza a banda K (18 a 27 GHz), e em medição de nível também encontraremos transmissores de nível do tipo radar utilizando a banda K (27 a 40 GHz).

Os transmissores de nível de radar no mercado vêm em quatro frequências diferentes. Você tem radares baseados na banda C (6 GHz), banda K (26 GHz) e banda X (10 GHz). Hoje em dia, alguns fornecedores produzem radares na banda W (75-85 GHz). E ai, chegamos a grande polêmica!

Os fornecedores que oferecem medidores de nível radar de banda W têm um argumento de venda, onde tudo pode ser solucionado utilizando este tipo de medidor de nível. As empresas que não possuem essa tecnologia, utilizam explicações técnicas sobre o porquê de você precisa se ater às outras bandas.

Fica tranquilo, vamos chegar nessas argumentações! 😉

O que é a feixe de sinal nestes radares para medição de nível?

O ângulo do feixe e a propagação do feixe são detalhes muito importantes para se adequar um medidor de nível do tipo radar para a sua aplicação. Por exemplo, teoricamente você não pode usar um radar de onda livre onde você tem um agitador ou se o seu produto tem uma baixa constante dielétrica (DC).

O sinal refletirá no agitador e dará um erro na medição,  ou com baixa constante dielétrica ele não funcionará. Um solução para isso seria os radares de onda guiada dependendo do processo.

Bom, o ângulo do feixe e a propagação têm a ver com o tipo de antena e a frequência do seu transmissor. Um radar de baixa frequência com uma antena comum terá um ângulo de feixe em torno de 20 graus.

medidor de nível radar

Por exemplo, o SITRANS LR200 funciona com 6 GHz. Uma antena de 4 polegadas cria um ângulo de feixe de 29 graus e uma antena de 8 polegadas tem um ângulo de feixe de 17 graus.

Já em outro exemplo, o VEGAPULS 62 funciona em 26 GHz, portanto, você pode ter um ângulo de feixe entre 8 e 22 graus. Frequências mais altas podem ter ângulos de feixe menores usando antenas menores.

Mas você também pode obter ângulos de feixe pequenos com radar de baixa frequência, mas para isso será necessário aplicar antenas grandes, geralmente grandes demais para os processos comuns. Sacou?

Por que é interessante ter ângulos de feixe pequenos?

Os ângulos de feixe pequeno darão ao radar a possibilidade de medição em tanques pequenos. Além disso, tanques com grande quantidade interferência poderiam afetar a medição, ou até mesmo serem instalados perto da parede do tanque.

Tem uma empresa com um ótimo anúncio mostrando um dispositivo de medição de nível numa garrafa de água. Não vou citar o nome, mas para a sua informação eu testei  e funciona!!! 😉 (Dica para a empresa: o anúncio venderia mais se fosse feito utilizando uma garrafa de cerveja, fica a dica!).

Devo escolher um radar de baixa ou alta frequência para medir o nível?

Uma empresa do mercado menciona em um dos seus documentos técnicos de medição de nível como uma verdade absoluta (ao menos para eles), que os medidores de nível do tipo radar de alta frequência podem lhe dar mais dores de cabeça.

Por outro lado, outras empresas que utilizam dessa tecnologia (diferente da empresa anterior) vendem as melhores maravilhas quando utilizado os radares de alta frequência.

Os pontos citados contra os medidores utilizando alta frequência começam com a interferência. Dizem que os sensores de nível de alta frequência têm problemas com vapor, espuma ou encrustração.

O segundo ponto afirma que um radar com um ângulo de feixe menor do que 4 graus pode ter problemas com o desalinhamento da antena e perda de sinal. Por último, aparentemente uma superfície turbulenta aumenta a perda de sinal, gerando uma medição de nível sem precisão e confiabilidade.

Os fabricantes com a tecnologia contra-argumentaram com vídeos e recomendações para instalação em bypass ou utilizando tubo de calma. Se você ler os documentos técnicos da empresa sem essa tecnologia com muito cuidado, perceberá a falta dessas opções.

Radares convencionais também precisam das mesmas soluções para aplicações mais complexas, mas eles devem ter esquecido disso! Ajudem essa galera! Avisem lá! 😉

Qual a melhor solução para a medição de nível?

Bom, não tem a melhor solução para a sua medição de nível. Na automação, cada caso é um caso, no entanto, agora você tem informação relevante para entender a diferença entres os medidores de nível do tipo radar.

Quando receber uma proposta com soluções diferentes dos fornecedores, saberá como analisar os pontos positivos e negativos e não cair muito no marketing arcaico do tipo “eu tenho a melhor solução e tecnologia”.

Perguntas frequentes sobre medição de nível

Para dar mais contexto ao tópico, seguem algumas perguntas frequentes sobre medição de nível utilizando radares. Pode ser que uma dessas perguntas respondam um problema que está passando na sua empresa.

Enfrentamos um grande  problema com encrustração em nossas antenas do radar, gerando erro na medição! O que devo fazer para evitar essa encrustração?

É verdade! Transmissores de nível que usam a tecnologia de radar de onda livre podem ter problemas significativos com a encrustração na antena. Isso se dá, pois, quando o acúmulo aumenta, a intensidade do sinal diminui, causando medições ruins.

Assim, a limpeza adequada da antena resolverá esse problema, fazendo as medições retomarem. No entanto, dependendo do dispositivo, você também pode controlar a limpeza com o próprio dispositivo ou com um controlador lógico programável.

Se o seu dispositivo não tiver a opção automática de limpeza, você terá que limpá-lo manualmente. Os transmissores mais recentes, podem medir até mesmo com o encrustração e executar as suas próprias limpezas quando necessário.

Alguns dispositivos no mercado possuem algoritmos para reduzir a interferência causada pela encrustração. Isso significa que você pode manter a precisão do dispositivo, mesmo com altos níveis de contaminação, sem a necessidade de limpeza!

A capacidade do transmissor de controlar o processo de limpeza usando ar comprimido economizará dinheiro e reduzirá as paradas não planejadas.

Eu vi uma foto na internet com um radar instalado do lado de fora do tanque! É uma imagem falsa ou uma aplicação real?

Um radar fora do tanque? Sim, é uma aplicação falsa, isso é fake news! hahaha

Brincadeira, isso é uma instalação real! 😉 Esse tipo de aplicação é comum quando você tem um tanque de plástico, onde pode instalar o radar na parte superior do lado de fora com suporte especial.

Isto é possível por conta do princípio de funcionamento do radar, onde é necessário ter uma constante dielétrica mínima para gerar uma reflexão, então o tanque fica quase que transparente para o medidor de nível.

O usuário tem muitos benefícios usando esse tipo de instalação. Você não precisa fazer alterações difíceis no tanque ou se preocupar com o tipo de conexão no processo. A instalação do radar é geralmente bem simples de se implementar.

O tempo gasto é menor que o tempo gasto numa instalação tradicional.

Por último, você pode optar por ter um medidor de nível wireless e evitar uma estrutura mais cara. Boa ideia, não?

Hoje em dia, vejo muitas recomendações para usar o radar para medição de nível. Quais os benefícios de mudar um transmissor de pressão para um medidor de nível de radar?

Então, a questão é se você deve escolher um radar ou um transmissor de pressão para medição de nível? A resposta é: Talvez sim, talvez não.

Algumas aplicações de processo têm condições em que um transmissor de pressão funcionará melhor que um radar na medição de nível. Precisamos ter em mente que a maioria das vantagens e limitações se aplica apenas a determinadas aplicações.

Normalmente, as empresas que promovem o sensores de nível do tipo radar apontam para o fato de que os transmissores de pressão não medem diretamente. E isso é verdade, um transmissor de pressão deriva sua medição de nível a partir da relação de altura e densidade.

Assim, se o seu produto tiver alterações de densidade, um transmissor de pressão terá sua medição afetada. Quer dizer, a menos que você considere com precisão toda essas variações.

Além disso, quando você tem um transmissor de pressão usando capilar, a temperatura pode afetar a medição, como também uma instalação incorreta pode diminuir a precisão.

Por outro lado, o transmissor de nível por radar mede o nível diretamente sem influência da densidade, mas possui uma configuração muito mais complexa. Isso também depende da constante dielétrica para funcionar.

Portanto, escolha a tecnologia de acordo com a sua necessidade, precisão necessária e realidade do processo.

Tenho uma nova aplicação de medição de nível, e o vendedor quer me vender tudo wireless na medição de nível. Que tipo de preocupações devo ter?

No meu ponto de vista, radar sem fio é uma ótima escolha. A comunicação wireless já é uma realidade. De fato, algumas pessoas ainda têm preocupações com isso. Mas todos os produtos wireless no mercado em funcionamento já provam a sua confiabilidade; no entanto, ainda não é comum ter soluções wireless para controle de processos.

Ainda assim, você já tem soluções de controle para este tipo de aplicação. Não podemos esquecer que o tempo de vida da bateria se expandiu. Com isso, você pode obter uma atualização em segundos, e mesmo assim, a bateria irá durar anos.

Além disso, a tecnologia wireless oferece a possibilidade de acesso remoto, o que pode economizar dinheiro na instalação. Se você quiser economizar dinheiro e ter acesso remoto, considere aplicar wireless!

Tem uma empresa que posta fotos muito legais nos clientes, dizendo que tem melhor medidor de nível. Devo acreditar nisto?

Bom, na minha opinião não. No LinkedIn, sempre tem um texto super “espontâneo” com foto de aplicação, textão e comentários dos amigos de trabalho dizendo o quanto a solução é genial, que a pessoa é fera e todos deveriam comprar isso.

Isso faz parte de uma estratégia de marketing e você sempre deve olhar tecnicamente para os produtos mantendo como base as suas necessidades, realidade de processo e não apenas o marketing envolvido numa ação. Pode ser que em alguma aplicação, esse produto da galera do LinkedIn funcione bem, mas em outra, ele não será a melhor opção.

De fato, temos preferência por marcas, isso é normal. Por conta de maior vivência com a interface do produto, melhor suporte na sua região, suporte técnico, etc. E sinceramente, tudo bem! Não existe problema nenhum com isso!

Mas falar que tal produto é o melhor do mundo, mas quando olhamos questões técnicas, achamos limitações em aplicações em áreas classificadas, falta de protocolos de comunicação, nenhuma opção de interface com display, e outra coisas básicas como, a configuração ainda ser  feita em dip switch…não dá pra forçar a barra com base no LinkedIn, certo!?

Conclusão

Bom, espero ter esclarecido mais sobre medição de nível por radar, mas se tiver alguma dúvida deixe nos comentários e não esqueça de compartilhar para ajudar o blog.

Forte Abraço!

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Fabrício Andrade
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2 Comentários

Fabrício Andrade

Tenho 12 anos de experiência no mundo da Automação industrial, comecei minha carreira na JAT Instrumentação, depois trabalhei na Emerson Automation Solutions e Endress+Hauser. Tive a chance de implementar projetos, ministrar treinamentos e resolver problemas em diversas empresas no Brasil e Latina América. Trabalhei por 3 anos na Alemanha em um e-commerce de automação industrial e hoje sou gerente de marketing digital global na Endress+Hauser Suiça focado em IIoT. Além disso, sou cartunista e baterista nas minhas horas de folga.

2 Comentários

  1. Anderson Farias
    janeiro 18, 2019 em 1:20 am

    Muito interessante, eu desconhecia esses detalhes do funcionamento dos radares! Agora consigo entender os diferentes modelos e onde devem ser aplicados.

  2. Paulo Santos
    fevereiro 6, 2019 em 8:52 am

    Bem interessante, não tinha conhecimento dessas diferenças.

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