Medición de nivel en estanques de combustible con radar de pulso

MEDICIÓN DE NIVEL EN ESTANQUES DE COMBUSTIBLE CON RADAR DE
PULSO DE ALTA PRECISIÓN.
Con el aumento del valor de los combustibles, en el último tiempo ha tomado especial
importancia la medición con alta precisión del stock de estos productos. En general el
volumen almacenado en estanques de combustible es obtenido indirectamente por
medio de la medición de nivel. Por lo tanto, debido al gran diámetro de estos
estanques (usualmente son de alrededor de 30 m) un error de algunos milímetros
implica errores del orden de los miles de litros.
Para medir estos niveles se utiliza hace años radares de alta precisión con tecnología
de modulación de frecuencia continua, FMCW (Frecuency Modulated Continuous
Wave). Por otra parte, la tecnología de radar de pulsos se utiliza hace años en la
industria de procesos obteniendo precisiones del orden de 3mm. Esto es insuficiente
para los requerimientos de medición de combustible. Esta limitación impulsó la
necesidad de invertir en mejorar esta tecnología de modo de obtener mejores
precisiones y con esto poder competir con radares del tipo FCMW.
Como resultado de este mejoramiento se logró igualar los niveles de precisión
logrados utilizando FCMW y además una serie de ventajas adicionales. Una de las
principales características del radar de pulso es, como su nombre lo indica, transmitir
pulsos. Esto es una importante ventaja ya que el hecho de generar pulsos implica una
reducción importante en el consumo de energía. Esta reducción es tan importante que
se ha logrado acotar estos niveles de energía de modo que una alimentación del tipo
intrínsecamente segura sea suficiente para energizar el radar. Este hecho se ha
convertido en un factor decisivo al distinguir ambas tecnologías.
Principales ventajas de los equipos intrínsicamente seguros en zonas clasificadas:
Se pueden utilizar gabinetes tradicionales para los equipos sin requerir de
certificaciones a prueba de explosión.
Los técnicos pueden abrir, reparar, configurar o comprobar el estado del
instrumento sin desconectar la energía debido a que utiliza sólo 24V y además
la corriente es limitada por una barrera intrínseca. Esto implica mayor
seguridad al personal que opera sobre el estanque.
No se requieren canalizaciones o sellos a prueba de explosión para los conduit.
Todo el cableado desde la barrera intrínseca hasta el radar puede ser instalado
en bandejas o escalerillas lo cual implica ahorros importantes.
La barrera puede ser instalada fuera del área clasificada en un gabinete
tradicional.
Por otra parte existe la posibilidad de utilizar los gabinetes tradicionales a prueba de
explosión y no utilizar barreras. Esto implica que el radar podría ser alimentado desde
el DCS ubicado en la sala de control con una señal de 4-20mA.
Principales ventajas del radar de pulso.
Tanto el método FMCW como el de pulsos, garantizan precisiones mejores que 1 mm.
en un amplio rango de temperatura. Sin embargo, el radar de pulsos no requiere
compensación de temperatura. El método FMCW requiere la estabilización de la
temperatura del oscilador lo que es relativamente costoso y se logra generalmente por
medio de un calefactor ubicado en el interior del radar. El método de pulso en cambio
no requiere ésta compensación por lo que existe un ahorro durante la operación del
radar, debido al menor consumo de energía (320mW). Además en caso de utilizar
UPS para los equipos, la potencia requerida es considerablemente menor.
Funcionamiento
del
radar
de
pulso
con
evaluación
de
fase.
El radar transmite un pulso electromagnético con una banda y frecuencia definidas que
es transmitido, reflejado en la superficie del producto y nuevamente recibido en el
radar. El tiempo de tránsito del pulso, permite calcular la distancia entre el sistema de
medición y la superficie del producto .
Para determinar el tiempo de tránsito se utilizan cronómetros de precisión y gracias a
ellos se logra analizar el pulso reflejado en el producto con respecto al pulso
originalmente transmitido. Además se compara el pulso reflejado con respecto al pulso
emitido del cual se guarda una copia en la memoria del radar.
Posteriormente se mide y compara el desfase entre la señal transmitida y la señal
recibida.
Ésta comparación se denomina evaluación de fase . Gracias a la evaluación de fase
se logra reducir el error de 3 mm. de los radares de pulso tradicionales a errores del
orden de 0,5 mm.
Tipos de radares para medición de combustible.
Existen dos modos de propagación, el modo elíptico y el modo circular.
El modo elíptico se utiliza en radares de libre propagación ya que es el más
adecuado para viajar por el espacio sin perder sus características de velocidad o
forma. Cada modo utilizado tiene una velocidad característica y si el modo original es
perturbado, cambiará su velocidad y por ende, la precisión de la medición.
El modo circular se utiliza en estanques que cuentan con tubos de calma. Éste tipo
de modo es ideal para medir en estos tubos debido a que por su forma, se adapta a la
forma del tubo. Sin embargo, si el tubo no está presente o cuenta con variaciones de
diámetro, la señal se deformará cambiando su velocidad. La señal con modo circular
se obtiene gracias a la geometría de la antena utilizada.
La antena consta de una serie de pequeñas sub-antenas ubicadas en una
configuración circular que al operar en conjunto forman un pulso de energía circular .
El pulso de energía circular llena completamente el tubo concentrándose la mayor
parte de la energía entre el centro y la pared.
Certificaciones.
El radar de pulso ha logrado aprobar pruebas rigurosas de precisión y confiabilidad
cumpliendo con las exigencias del “American Petroleoum Institute” o de entidades
certificadoras como PTB o NMI, por lo tanto, está preparado para operar en el
mercado de los radares de alta precisión y competir mano a mano con los radares que
utilizan tecnología FMCW.
Tomas Godoy
Endress + Hauser
Miembro del Comité de Automatización AIE
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