Transmissores Ultrassônicos X Radar de Onda Guiada

Existem hoje no mercado mais de 20 diferentes tecnologias para a medição de níveis. Saber escolher qual delas é a mais adequada para a sua aplicação é muito importante.

Este artigo visa fornecer informações sobre as duas tecnologias mais comumente utilizadas: Medição ultrassônica e radar de onda guiada (ou GWR).

Já há bastante tempo no mercado, os sensores de nível ultrassônicos ainda são considerados uma tecnologia confiável em todo o mercado de instrumentação industrial. 

Transmissores ultrassônicos não entram em contato direto com o produto cujo nível desejamos medir e são uma opção de excelente relação custo-benefício. 

Todavia, estão começando a surgir novas tecnologias para a medição de níveis como o “radar de onda guiada” (GWR – Guided-Wave Radar), que estão pouco a pouco conquistando o espaço onde até então tecnologias tradicionais à base de som eram soberanas.

Sensores com tecnologia GWR possuem preço comparável aos sensores ultrassônicos e provam ser uma escolha mais confiável em condições difíceis de detecção. O radar de onda-guiada é adequado tanto para aplicações com líquidos e sólidos e operam independentemente das condições de temperatura e pressão do processo.

Sensores ultrassônicos.

Transmissores ultrassônicos operam através do envio de uma onda sonora de alta freqüência - gerada a partir de um transdutor piezoelétrico - para a superfície do material processo a ser medido. O transmissor mede a duração do tempo que leva para que a onda de som refletido (eco) retorne para o transdutor. 

Para uma medida bem sucedida, dependemos que a onda refletida retorne em linha reta de volta ao transdutor. Fatores como poeira, vapores pesados, obstruções, turbulência na superfície, espumas e até mesmo ângulos de superfície podem afetar o retorno de sinal. Ao utilizar sensores de nível ultrassônicos, temos que considerar como as condições de operação do processo poderão afetar as ondas sonoras.

Aspectos importantes incluem:

• Meio de propagação: As ondas sonoras precisam necessariamente viajar através de um meio, geralmente o ar. Aplicações onde existam baixas pressões ou vácuo impedirão a propagação das ondas sonoras, tornando inadequada a utilização de sensores ultrassônicos para estes processos.

• Condição da superfície: A presença de espuma ou objetos / detritos flutuando na superfície do líquido podem absorver as ondas sonoras impedindo o seu retorno para o sensor.

• Ângulos de incidência e reflexão: As ondas sonoras precisam ser enviadas e recebidas em linha reta. A superfície de reflexão deve ser plana, ou seja, sem nenhuma agitação ou turbulências. Aplicações onde os tanques estão localizados em estruturas móveis como caminhões tanque ou embarcações não são bons locais para a utilização de sensores ultrassônicos.

• Temperatura de operação: Os sensores ultrassônicos geralmente são construídos com materiais plásticos cujos limites de temperatura raramente excedem 60°C. Além disso, variações na temperatura do processo poderão gerar leituras imprecisas.

• Pressão de operação: Dispositivos ultrassônicos não são destinados para operarem em situações de pressão extrema. De modo geral a pressão de trabalho destes dispositivos não deve exceder 30 psi (2 bar).

• Condições ambientais: Vapores, umidade condensada ou outros contaminantes podem alterar a velocidade do som através do ar e afetam dramaticamente a precisão do sinal de retorno. Os dispositivos ultrassônicos devem ser instalados somente em locais onde as condições ambientais sejam previsíveis.

A principal vantagem dos dispositivos que utilizam o ar como elemento de propagação tais como o ultrassônico, radar e laser é que o elemento de medição nunca entrará em contato físico com o produto a ser medido. Uma boa aplicação para os sensores ultrassônicos é na indústria de produtos alimentícios e cosméticos onde aspectos específicos como a possibilidade de contaminação deve ser evitada.

Transmissores ultrassônicos são uma boa solução para a medição de níveis, quando devidamente aplicada. Lembrem-se sempre, um transmissor de ultrassom é tão sensível quanto a qualidade do eco que recebe.

Radar de onda-guiada.

O radar de onda guiada (GWR) é um método de medição de nível de contato que usa uma sonda para guiar as ondas eletromagnéticas de alta freqüência a partir de um transmissor para os níveis a serem medidos.

O GWR baseia-se no princípio da reflectometria no domínio do tempo (TDR - Time Domain Reflectometry). Um pulso eletromagnético de baixa energia é guiado ao longo de uma sonda. Quando o impulso atinge a superfície do meio a ser medido, a energia do impulso é refletida de volta para um circuito eletrônico que, em seguida, calcula o nível de líquido com base na diferença de tempo entre o pulso enviado e o impulso refletido recebido.

           

Ao contrário de tecnologias mais antigas, GWR oferece leituras de medição que são independentes das propriedades químicas ou físicas dos meios materiais do processo com as quais está em contato. Além disso, o desempenho da tecnologia GWR é bastante alta para a medição em meios líquidos e/ou sólidos.

A tecnologia GWR é adequada para uma variedade de aplicações de medição de níveis, incluindo aquelas que envolvem:

• Condições instáveis: Alterações na viscosidade, densidade ou acidez não afetam a precisão da leitura.

• Superfícies turbulentas: Líquidos em ebulição, detritos, espumas e vapores e não afetam o desempenho do dispositivo. Os sensores GWR operam bem em recipientes com misturadores á hélice ou aeradores.

• Temperatura e pressão elevadas: Os dispositivos GWR apresentam bom desempenho em temperaturas até 315°C e podem resistir a pressões até 580 psi (40 bar).

• Condições adversas: Sensores GWR operam bem em reservatórios com vácuo, pós finos, líquidos viscosos, serragem, grãos, látex, produtos químicos etc.

Uma das falhas mais comuns recorrentes em dispositivos GWR são os erros de leitura causados por aderências pontuais  do produto medido ao longo da sonda.,  quando o impulso eletromagnético encontra uma aderência de produto, o sinal devolvido e analisado pelo circuito eletrônico do sensor para ver se ele é verdadeiro ou falso. Graças à algoritmos de análise modernos, o circuito do sensor poderá facilmente identificar o sinal de nível verdadeiro, pois o nível verdadeiro gera um sinal de retorno sempre maior do que o sinal de retorno gerado a partir de pequenas massas aderidas.

Tabela de comparação:

Na tabela abaixo veja as principais diferenças entre os transmissores ultrassônicos e GWR:

	Transmissores ultrassônicos	Transmissores GWR
Princípio de medição	Ondas sonoras de alta freqüência.	Impulsos eletromagnéticos  de alta freqüência.
Tipo de contato	Medição sem nenhum contato  com o produto.	Uma sonda guia mantém contato permanente com o produto  a ser medido.
Limites de  operação	Operação limitada pela pressão  e temperatura.	Altas temperaturas e pressões  não afetam o desempenho   do dispositivo.
Montagem	Topo.	Topo.
Condições ambientais	O ambiente afeta a qualidade  da medida.	Condições ambientais adversas não alteram a confiabilidade  na medida.
Desempenho geral	Aceitável em condições  bem específicas.	Excelente. O desempenho independe das condições do processo

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Autor: Dave Grumney, Flow Line Options Corp.Sensors