USO DE SEALES MICROONDAS EN SENSORES DE NIVEL TDR PARA EL CAMPO DE LA INSTRUMENTACION.ResumenEl siguiente artculo tiene como propsito presentar de manera general un sensor de nivel tipo radar cuyo funcionamiento esta comandado por el comportamiento de seales electromagnticas en el espectro de las microondas.

Ingeniero Qumico Freddy Mauricio Mendez freddy.mendez@enerpet.com

El principio de la medicin de niveles por microondas guiadas, o TDR (Time Domain Reflectometry, reflectometra de dominio temporal) se emplea para la medicin de niveles. Cuando un pulso de radar alcanza el fluido (vase la fig. 1) con una constante dielctrica diferente, parte de la energa es reflejada de regreso al transmisor. La diferencia de tiempo entre el transmisor (referencia) y el pulso reflejado es convertida en una distancia a partir de la cual se calcula el nivel total o el nivel de interfase. La intensidad de la reflexin depende de la constante dielctrica del producto. Entre mayor sea el valor de la constante dielctrica, mayor ser la reflexin.

Figura 1.Ejemplo medidor de nivel en slidos.

La tecnologa TDR difiere de la del radar convencional en que los impulsos de microondas se emiten en una amplia banda de frecuencias (200 kHz hasta 1,2 GHz). La tecnologa TDR emplea microimpulsos electromagnticos que viajan por un cable o sonda (ondas guiadas) y se reflejan debido a un cambio sbito en la constante dielctrica. En medicin de niveles, el cambio en el valor de la constante dielctrica se corresponde con la interfase de medios. La distancia D a la superficie del producto es proporcional al tiempo de retorno del impulso, donde C es la velocidad de propagacin. Es importante el hecho de que la potencia de los impulsos emitidos es muy baja (menos de 1 micro-watio) y que estn guiados, por lo que apenas se disipa energa. Por este motivo, la intensidad (amplitud) de la seal que retorna ser casi la misma si el nivel del producto est entre 3 m y 10m de la brida.

Laconstante dielctricaopermitividad relativade unmedio continuoes una propiedad macroscpica de un mediodielctricorelacionado con lapermitividadelctrica del medio. En comparacin con la velocidad de la luz, la rapidez de las ondas electromagnticas en un dielctrico es:

dndeces lavelocidad de la luzen el vaco yves la velocidad de la onda electromagntica en el medio con permitividad relativa.La constante dielctrica es una medida de la permitividad esttica relativa de un material, que se define como la permitividad absoluta dividida por la constante dielctrica.El nombre proviene de los materiales dielctricos, que son materiales aislantes, no conductores por debajo de una ciertatensin elctricallamada tensin de ruptura.

En la tcnica de medicin TDR cada cable sonda se representa por 512 puntos digitales, independientemente de la longitud de ste. Se recoge una muestra del comportamiento de los impulsos reflejados en cada punto de la sonda y la informacin acumulada sobre el ciclo de muestreo se procesa y se convierte en informacin acerca del nivel del producto. El principio del tiempo de retorno de las microondas guiadas se emplea en indicadores de nivel para slidos de hasta 20 m. La baja potencia de la energa de radar permite su instalacin segura en contenedores y silos tanto no metlicos como metlicos sin riesgos para los seres humanos ni el entorno.

Otra diferencia entre los indicadores de nivel por micro-ondas en espacio abierto y los instrumentos por TDR es que, en los primeros, la misma estructura, otros posibles montajes en el silo y el extremo del cable sonda tambin se detectan y se devuelven ms impulsos que propiamente el del nivel del producto. Por esta razn se lleva a cabo el llamado "mapa sonda" que confirma que el impulso recibido es el del nivel del producto (vase la fig. 14). Este "mapeado" se efecta generalmente en la fbrica para las longitudes de la sonda especificadas y slo es necesario en caso de montajes especiales o de reduccin de la longitud de la sonda.

Este tipo de instrumento se puede utilizar para mediciones de nivel en la mayora de lquidos, semilquidos, algunos slidos e interfases de lquido/lquido.Las mediciones casi no son afectadas por la temperatura, presin, mezclas de gas vapor, densidad, turbulencia, burbujas/ebullicin, fluidos de coeficiente dielctrico variante y viscosidad.Debido a que las ondas son guiadas a lo largo de la sonda, esta tecnologa es excelente para depsitos pequeos y estrechos / aberturas de depsitos. Los instrumentos de medicin de nivel por microondas guiadas sirven tambin para una amplia variedad de slidos de hasta un tamao de grano de 20 mm y con valores de la constante dielctrica de 1,8 o superiores. No se ven afectados por la humedad ni por los cambios en la composicin, ni por la presin o la temperatura. La presencia de grandes cantidades de polvo, vapor, adherencias, ruido acstico o el ngulo de talud del producto tampoco afectan a la medicin. El indicador no tiene partes mviles que se desgastan o se estropean. La salida suele ser de 4-20 mA, pero el sistema se puede integrar con la interfase RS 485, los protocolos HART o PROFIBUS O con el Fieldbus Foundation. El indicador es capaz de efectuar mediciones en un rango que abarca desde 30 cm. a partir de la conexin a proceso hasta 35 cm del extremo del peso del sensor o el punto de sujecin.