Aplicação de Radar em Medições de Nível e Interface

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Engenharia Elétrica
Felipe da Silva Oliveira
Orientador Alexandre Ribeiro
Aplicação de Radar em Medições de Nível e Interface
1
Resumo e objetivo
Fonte: Manual Rosemount 5400 (2011)
2
 Medição de Nível
 Fonte: Lince, Manual do Nível (2018)
Silo de Grãos
3
 
Tipos de Medidores de Nível 
Fonte: Lince, Manual do Nível (2018)
4
 
Principais Desafios na Medição de Nível
Incrustação
Poeira/Pó em Suspensão
Espuma
Processos Corrosivos
Interfaces Complexas
Sobrepressão e Alta Temperatura
Medição de Sólidos
Medição de Interface
5
 
Apresentação do Medidor Tipo Radar
Aplicação de Radar – Conceito
Dados Físicos Importantes
Princípios de Funcionamento
Tipos de Radar, aplicações e antenas
Instalações Mecânicas
Análise de Eco Falso
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Aplicação de Radar – Conceito
Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
Fonte: Vega Controls (2008)
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Propriedades Físicas Importantes para o Medidor Tipo Radar
1. O que Timing?
2. Permissividade relativa ou constante dielétrica 
3. Erro em % na medição por variação Térmica
4. Erro em % na medição por variação da Pressão
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Propriedades Físicas Importantes 
5.8 GHZ ~ 26 GHZ
Medidor Tipo Radar
1 ns
0,5 ns
1 ns
O que é Timing?
Microondas pulsadas pelo Radar
Fonte: Vega Controls (2008)
Escala de Nível geralmente medida em mm
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2. Permissividade relativa ou constante dielétrica 
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
10
 
Permissividade relativa ou constante dielétrica – Presença de Gases no Tanque 
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
11
 
3. Erro em % na medição por variação Térmica
 Fonte: Vega Controls (2008)
12
 
4. Erro em % na medição por variação da Pressão
 Fonte: Vega Controls (2008)
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 FM-CW, Onda Contínua Modulada por Frequência 
frequency
f
2
f
1
t
1
∆ 
t
f
d
time
Transmitted signal
Received
signal
 Fonte: Vega Controls (2008)
Defasagem de sinal de saída e entrada no tempo
Princípios de Funcionamento
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Signal amplitude
As frequências individuais devem ser separadas da frequência mista recebida simultaneamente.
1. FM-CW, onda contínua modulada por frequência 
 Fonte: Vega Controls (2008)
Princípios de Funcionamento
15
 
1. FM-CW, onda contínua modulada por frequência 
Espectro de freqüência FM - CW após transformada rápida de Fourier.
 Fonte: Vega Controls (2008)
Princípios de Funcionamento
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2. Transmissores de nível por radar PULSE
Pulso de emissão (pacote). A forma de onda do 5.8 Pulso de GHz com pulso
Pulso alto na frequência de repetição (PRF)
 Fonte: Vega Controls (2008)
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Análise de Ecos Falsos e Verdadeiros
2. Transmissores de nível por radar PULSE
 Fonte: Vega Controls (2008)
18
 
Radar de Baixa Frequência (5,8 HZ) e de Alta Frequência (26 HZ).
Escolha de frequência
 Fonte: Vega Controls (2008)
19
 Diferenças e Aplicações
Escolha de frequência (5.8 GHZ, 28 GHZ)
 Fonte: Vega Controls (2008)
20
1. Radar de Onda Guiada
Tipos de Radar
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
Radar de Onda Guiada – Montagem Padrão
Fonte: Manual Rosemount 3300 (2010)
Radar de Onda Guiada - Aparência
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Detecção de interface óleo / água usando um transmissor de nível de micro-ondas guiado.
Radar de Onda Guiada
Medição de Interface
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
22
Aplicação de Stand-Pipe (Vasos Comunicantes)
Radar de Onda Guiada
Aplicações em Processos Turbulentos
Garrafa FlangeadaTípica
 Fonte: Vega Controls (2008)
Fonte: Manual Foxc Radar
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Tipos de Antenas 
Radar de Onda Guiada
Antena Coaxial
Fonte: Manual Rosemount 3300 (2010)
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Radar de Onda Guiada
Tipos de Antenas 
Antena Rígida Dupla
Antena Rígida Simples
Fonte: Manual Rosemount 3300 (2010)
25
Radar de Onda Guiada
Tipos de Antenas 
Antena Flexível Simples
Antena Flexível Dupla
Fonte: Manual Rosemount 3300 (2010)
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2. Radar sem contato 
Tipos de Radar
Radar sem contato - Montagem Padrão
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
Fonte: Manual Rosemount 5400 (2010)
Radar sem contato - Aparência
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Radar sem contato
Medição de Nivel com Espuma
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
28
Medição com condensação ou acumulação
Radar sem contato
 Fonte: Vega Controls (2008)
29
Medição com vapor ou poeira
Radar sem contato
 Fonte: Emerson, ABC do Radar (2008)
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Uso de Janelas Dielétricas
Radar sem contato
 Fonte: Vega Controls (2008)
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Tipos de Antenas
Radar sem contato
Antena Cone
Antena Rod
 Fonte: Endress+Hauser Radar (2018)
Fonte: Rosemount 5400 Manual (2018) 
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Radar sem contato
Fonte: Emerson Radar Saab (2018)
Antena Parabólica
Antena Planar 
Fonte: Endress+Hauser Planar Radar 
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Antena tipo Cone
Instalações Mecânicas
Fonte: Vega Controls (2008)
Instalação Fora de Especificação (Incorreta)
Instalação Correta
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Instalações Mecânicas
Antena tipo Rod
Fonte: Vega Controls (2008)
Instalação Correta
Instalação Fora de Especificação (Incorreta)
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Instalações Mecânicas
Posicionamento do Radar no Vaso
Fonte: Vega Controls (2008)
Dimensionamento de Montagem de Radar em Tanques (Antena Centralizada no Raio)
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Instalações Mecânicas
Fonte: Vega Controls (2008)
Sensor Perto da Parede do Vaso
Diagrama direcional de uma antena de 150 mm de diâmetro a 6,3 GHz.
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Análise de Eco Falso
Reflexão de Alto Valor
Perfis com superfícies plana com cantos afiados e fortes falsos ecos
Fonte: Vega Controls (2008)
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Análise de Eco Falso
Reflexão de Baixo Valor
Fonte: Vega Controls (2008)
Devido à reflexão difusa partes redondas possui menos ecos falsos.
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Análise de Eco Falso
Dissipadores de Eco no Vaso
Fonte: Vega Controls (2008)
Uma placa de dispersão distribui a energia das micro-ondas para o lado e reduz assim a falsa amplitude do eco.
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Aplicação de Dissipadores de Eco no Vaso
Análise de Eco Falso
Caso 1
Placa de Metal usada como Difusor
Fonte: Vega Controls (2008)
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Análise de Eco Falso
Aplicação de Dissipadores de Eco no Vaso
Caso 2
Fonte: Vega Controls (2008)
Placas angulares soldadas pode reduzir ecos falsos.
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Análise de Eco Falso
Posicionamento do Radar
Caso 1
Fonte: Vega Controls (2008)
Ecos falsos devido a incrustação na parede do recipiente
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Análise de Eco Falso
Posicionamento do Radar
Caso 2
Fonte: Vega Controls (2008)
Para medições de líquidos o sensor deve ser alinhado verticalmente.
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Análise de Eco Falso
Posicionamento do Radar
Caso 3
Fonte: Vega Controls (2008)
A montagem do sensor do radar deve ficar longe de tomadas de fluxo.
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Análise de Eco Falso 
Efeito Parabólico
Fonte: Vega Controls (2008)
Se o radar for montado no centro de uma tampa o sensor receberá forte ecos múltiplos excessivos.
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Conclusão
47
Obrigado pela sua atenção.
Feliz Natal e um próspero Ano Novo!
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