Medida de nivel de radar 80 GHz

La tecnología 80 GHz utilizada en la serie OPTIWAVE es la tecnología de radar más reciente y versátil para la medida de nivel de líquidos y sólidos. A lo largo de una distancia idéntica, genera un haz altamente enfocado con un diámetro más pequeño que el de los radares de menor frecuencia, perfecto para atmósferas polvorientas o productos de baja reflectividad. Gracias a su pequeña zona muerta y a su ángulo de emisión estrecho, se puede usar tanto en depósitos pequeños como altos.

Medida de nivel de radar 80 GHz

La tecnología 80 GHz utilizada en la serie OPTIWAVE es la tecnología de radar más reciente y versátil para la medida de nivel de líquidos y sólidos. A lo largo de una distancia idéntica, genera un haz altamente enfocado con un diámetro más pequeño que el de los radares de menor frecuencia, perfecto para atmósferas polvorientas o productos de baja reflectividad. Gracias a su pequeña zona muerta y a su ángulo de emisión estrecho, se puede usar tanto en depósitos pequeños como altos.

¿Cómo puede la tecnología 80 GHz ser tan universal?

Para responder a esta pregunta, debemos comprender que la tecnología 80 GHz se basa en la tecnología FMCW, hoy en día la tecnología preferida por la mayor parte de los fabricantes de instrumentación de procesos industriales. FMCW es el acrónimo de Frequency Modulated Continuous Wave, frecuencia modulada de onda continua. El radar FMCW emite continuamente ondas de radar, cuya frecuencia se modula a lo largo de un ancho de banda, y recibe sus reflexiones. Mide la diferencia de frecuencia entre la onda transmitida y recibida, que es proporcional a la distancia a la superficie en la que la onda fue reflejada.

De este modo, la medida de nivel mediante radar es en primer lugar una medida sin contacto de la distancia desde el equipo de medida (montado encima del depósito) hasta la superficie del producto que se va a medir. Introduciendo la geometría del depósito y las propiedades del producto, como la densidad, el equipo puede calcular el nivel, el volumen o la masa. A diferencia de los ultrasonidos, el radar es independiente de la presión y la temperatura, además, la viscosidad y la densidad no afectan a la medida.

No obstante esta insensibilidad, existen algunos factores que influencian la medida FMCW. Hoy en día la tecnología 80 GHz es la tecnología más avanzada para solucionar dichas influencias.

Dinámica y ancho de banda de la señal

Dado que cada frecuencia emitida es reflejada y recibida por el radar, el resultado es un amplio espectro. Sin embargo, las ondas son reflejadas no solamente por el producto, sino también por todas las superficies que pueda haber en el depósito, por ejemplo, equipos internos del tanque. La diferenciación exacta de todas las señales reflejadas detectadas por el radar es posible solamente mediante una alta dinámica de la señal, también conocida como alta sensibilidad de medida: cuantas más son las señales reflejadas por un objetivo y recibidas por el equipo, más claro o más fuerte se hace este punto en el espectro, superando las interferencias, lo cual permite identificarlo.

A medida que el ancho de banda del radar aumenta, la resolución del espectro aumenta y los objetivos individuales son indicados por picos más estrechos y más precisos: el ancho de banda en el cual se modula la frecuencia determina el número de señales diferentes reflejadas por un objetivo. Un radar 24 GHz normalmente modula entre 24 y 26 GHz y presenta, pues, en un ancho de banda de 2 GHz, en cambio, un radar 80 GHz normalmente modula en el rango entre 78 y 82 GHz y tiene un ancho de banda de 4 GHz. Con 4 GHz, por ejemplo, es posible diferenciar entre objetivos que se encuentran a una distancia de tan solo 10 cm/4". Con 2 GHz dichos objetivos no pueden distinguirse en las mismas condiciones.

Focalización y tamaño de la antena

Durante mucho tiempo, el ancho de banda estuvo limitado por el rendimiento de los microchips. Actualmente está limitado por las antenas y sus geometrías que deben transmitir el espectro de frecuencia. Las ondas de radar no se propagan enfocadas en un punto como una señal láser, sino más bien en forma de un rayo lobular o angular.

Para influenciar el ángulo de apertura o la focalización del rayo angular, hay dos posibilidades. La primera es la frecuencia empleada: cuanto más alta es la frecuencia, inferior es el ángulo de apertura debido a la longitud de onda más corta. El ancho del rayo angular de un radar 80 GHz con ancho de banda 4 GHz corresponde, a una distancia de 10 m/ 33 ft, solamente al 30% del ancho del rayo de un radar 24 GHz con 2 GHz (0,5 m a 1,75 m/ 1,6 a 5,7 ft). La segunda posibilidad es el diámetro de la antena: cuanto más grande es el diámetro, más enfocado es el rayo angular.

Para la industria de proceso, esto puede transferirse fácilmente a las posibles áreas de aplicación: en silos estrechos y altos el rayo del radar no debe entrar en contacto con la pared del silo o con los equipos internos del tanque, porque éstos no deben medirse. Por tanto, el rayo angular del radar debe estar enfocado y mantenerse lo más estrecho posible, tal como ocurre con un radar 80 GHz con una antena de gran tamaño.

Reflectividad y frecuencia

Además del ángulo, las propiedades de la superficie del producto también determinan cuántas señales de radar se reflejan y cómo se reciben: cuanto más alta es la reflectividad o la constante dieléctrica, más grande es la amplitud de las señales reflejadas.

A diferencia de los líquidos que reflejan muy bien las señales, los sólidos a granel generalmente reflejan las señales muy mal: un valor de Er cerca de 1,4 se considera el valor más pequeño que puede medirse fiablemente y con seguridad. Mientras el coeficiente de reflexión de una superficie plana líquida no cambia con la frecuencia, la retrodispersión en sólidos a granel con granularidad fina (como gránulos o polvos) aumenta sensiblemente con una frecuencia mayor.

Por tanto, el radar 80 GHz es la elección ideal en estos casos: gracias a su alta dinámica es capaz de mostrar claramente la línea de nivel, incluso en caso de formación intensa de polvo (por ej., durante el proceso de llenado de un silo o depósito de reservas). La mejor resolución de su ancho de banda de 4 GHz también ayuda a diferenciar entre las señales provenientes de las interferencias y del producto, incluso si se encuentran cerca.

Resumen

80 GHz es la frecuencia con la focalización más alta y, por tanto, apta para todos los tamaños de contenedores para evitar reflexiones de interferencia. Además, la longitud de onda corta es reflejada muy bien y esto representa una ventaja muy interesante especialmente para los sólidos a granel, incluso con gránulos y polvos con partículas de tamaño muy pequeño y/o una formación de polvo muy importante. Otra ventaja es la alta focalización de la señal de fábrica, gracias al cual no es necesaria una focalización adicional de una antena grande: la antena de lente de plástico (PEEK) de montaje enrasado, disponible con la serie OPTIWAVE, es suficiente y muy popular para estas aplicaciones. Gracias a su tamaño pequeño, puede utilizarse con conexiones roscadas y a veces permite prescindir de la brida, lo cual supone un sensible ahorro de dinero. Además, el radar 80 GHz tiene un rango de medida enorme con una pequeña zona muerta, así que el depósito puede llenarse casi hasta la antena.

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