Por Sara Anderberg, gerente de productos de radar sin contacto en Emerson
Los transmisores de nivel por radar sin contacto se han implementado ampliamente en las industrias de manufactura y procesos, especialmente en aplicaciones de medición donde es requisito importante contar con alta precisión, fiabilidad y mantenimiento mínimo. Estos versátiles dispositivos son adecuados para medir el nivel de líquidos, lodos, lechadas y sólidos. Sin embargo, tradicionalmente una de las aplicaciones más exigentes para esta tecnología ha sido la medición de nivel en depósitos con obstrucciones internas (figuras 1 y 2), como agitadores, bobinas calefactoras, tuberías, escaleras o deflectores, por ejemplo.
Los tanques que contienen este tipo de estructuras pueden dificultar el funcionamiento de dispositivos de radar sin contacto, ya que interfieren con el procesamiento de su señal. Los sensores de nivel por radar emiten señales de microondas que rebotan en la superficie del material y se reflejan de regreso al transmisor. Estas señales reflejadas se denominan ecos y permiten calcular el nivel del material. Sin embargo, las obstrucciones dentro de un tanque también pueden reflejar señales de microondas y crear lo que se conoce como ecos falsos. Cuando esto sucede, es un desafío para el dispositivo de radar identificar qué eco proviene de la superficie del material y cuáles son ecos falsos que provienen de obstrucciones. Como algunos líquidos tienen una constante dieléctrica baja, lo que significa que reflejan mal las señales de radar, incluso una ligera interferencia de obstrucciones podría tener un impacto importante en la señal, lo que complicaría aún más la medición de nivel.
Las consecuencias de los ecos falsos
Cuando un dispositivo de radar interpreta un eco falso como un eco de superficie, el resultado es una lectura de nivel inexacta que puede tener graves consecuencias, incluyendo un sobrellenado y el posterior derrame. En tanques que contienen sustancias volátiles o inflamables, un derrame no solo crearía un peligro evidente para la seguridad y pondría en peligro al personal, sino que también podría causar daños ambientales y requerir una limpieza costosa. Los ecos falsos también pueden detener prematuramente el proceso de llenado, lo que hace que los tanques no se llenen lo suficiente. Esto alteraría los programas de producción y provocaría escasez de productos o ineficiencias en los procesos posteriores. Además, los ecos falsos comprometen la calidad del producto y reducen la eficiencia del proceso, por ejemplo, en procesos de lotes que dependen de mediciones de volumen precisas y producen resultados inconsistentes si las lecturas de nivel son inexactas.
Posicionamiento del transmisor
Aunque los tanques con obstrucciones pueden representar un desafío para los transmisores de nivel por radar sin contacto, existen medidas que se pueden tomar para mitigar las dificultades. Lo primero que se debe considerar es la posición de las aberturas del tanque. Si ya hay una boquilla ubicada con una vista sin obstrucciones hacia la superficie del producto, obviamente es mejor colocar el dispositivo de radar allí. Sin embargo, es muy poco frecuente que una boquilla esté idealmente situada, lo que significa que se requieren otras soluciones.
Placas deflectoras En los tanques con obstrucciones internas, algunos proveedores recomiendan el uso de placas deflectoras. Por lo general, estas placas se instalan en ángulos, cerca de las obstrucciones, de manera que redirijan las ondas de radar que de otro modo se reflejarían en estos objetos de regreso al transmisor. Al inclinar la placa, los ecos no deseados son dirigidos hacia las paredes del depósito u otras áreas donde se disiparán, en lugar de reflejarse directamente hacia el sensor del radar. La eliminación de estos ecos permite al transmisor distinguir más fácilmente el verdadero nivel del material, y permite una lectura más estable y consistente.
Sin embargo, instalar placas deflectoras puede ser un desafío, especialmente en tanques con acceso limitado o alta complejidad. Las placas colocadas incorrectamente pueden provocar reflexiones no deseadas o incluso bloquear parte del haz del radar, lo que provocaría una pérdida de señal o la creación de «puntos ciegos» en la medición. Además, si el depósito contiene materiales pegajosos, viscosos o polvorientos, la acumulación en las placas puede alterar el ángulo de reflexión o crear ecos falsos.
Supresión de ecos falsos
Los transmisores de radar tradicionales están equipados con rutinas iniciadas por el usuario que ayudan a mitigar estas dificultades. El usuario debe decirle al dispositivo cuál es el eco de superficie. A continuación, el dispositivo creará un umbral que bloqueará los ecos falsos para que no se consideren como ecos válidos.
La supresión de señales falsas es eficaz, pero tiene limitaciones. Para asegurar que todos los ecos falsos sean administrados, se debe vaciar el tanque para que el dispositivo pueda verlos. Tener que vaciar el depósito es un inconveniente que prolongaría innecesariamente el proceso de comisionamiento. Además, sabemos que el carácter de los ecos de las obstrucciones puede cambiar con el tiempo. Esto sucede, por ejemplo, con cambios en el espacio de vapor del tanque, con cambios en la temperatura y también debido a acumulaciones de producto. Debido a que el dispositivo crea el umbral de medición de acuerdo con las características del eco actual, cuando esos ecos cambian, es posible que la configuración del umbral de medición que el dispositivo creó originalmente ya no sea suficiente para excluir un eco falso. Esto podría volver a introducir una medición de nivel imprecisa con los riesgos asociados que se describieron anteriormente y obligaría a vaciar el depósito para volver a ejecutar la supresión de señales falsas.
Técnica avanzada de procesamiento de señales
Los transmisores de nivel por radar sin contacto Rosemount™ de Emerson cuentan con una solución avanzada que permite mediciones de nivel precisas y confiables en tanques con obstrucciones, sin la complejidad de tener que instalar placas deflectoras o ejecutar una falsa supresión de ecos. En su lugar, estos dispositivos cuentan con una técnica patentada de procesamiento inteligente de señales conocida como Smart Echo Supervision™, que evalúa dinámicamente el comportamiento de todos los ecos viables en tiempo real (figura 3). A continuación, clasifica todos los ecos según los que se comportan más como un eco de superficie material a lo largo del tiempo. Luego, el eco que más se comporta como un reflejo de la superficie del material es rastreado como el eco de superficie genuino, y todos los demás ecos se suprimen automáticamente. La tecnología se adapta continuamente a los cambios en el perfil de eco, lo que puede suceder a medida que cambia el nivel de la superficie o varían las condiciones del tanque.
Estas características permiten que la tecnología Smart Echo Supervision™ reduzca y, a menudo, elimine la necesidad de cualquier tipo de intervención contra los ecos falsos. En ocasiones en las que los ecos falsos requieren intervención, esta se puede realizar de forma rápida y sencilla con una interfaz gráfica de usuario, simplemente al hacer clic con el botón derecho de un eco para suprimirlo (figura 4).
Conclusión
La tecnología Smart Echo Supervision™ ha sido diseñada específicamente para superar los desafíos únicos que plantean las obstrucciones y las configuraciones complejas de los tanques. Al excluir automáticamente los ecos falsos, adaptarse a las condiciones cambiantes y proporcionar un desempeño estable a lo largo del tiempo, este enfoque integral garantiza un comisionamiento del dispositivo más rápido y lecturas de nivel confiables en las que los operadores pueden confiar, incluso en los tanques más complejos.
