Um medidor de tanque por radar pode ser usado em tanques com alto nível de interferência acústica?

Se você já esteve próximo a um tanque de refinaria em uma tarde quente, provavelmente sentiu vibrações baixas e vibrantes que fazem seu peito estremecer – interferência acústica em sua forma mais crua e constante. Para os operadores encarregados de uma medição de nível precisa, o mesmo zumbido, somado ao barulho das bombas, à saída de vapor e até mesmo ao eco fraco do produto sendo derramado dentro de um tanque, não é apenas um ruído de fundo: é uma ameaça aos dados que mantêm as instalações seguras, em conformidade e lucrativas. Durante anos, muitas equipes industriais consideraram os tanques de alta acústica “impossíveis” para medidores de tanques por radar, presumindo que o som abafaria os sinais de radar da mesma forma que a estática desfoca um rádio. Como fornecedor de medidores de tanques por radar com décadas de implantações em campo, estou aqui para compartilhar que esse mito é apenas isso – e que a moderna tecnologia de radar foi construída para prosperar, e não para lutar, mesmo em ambientes onde a interferência acústica faz parte do ritmo diário.

Primeiro, vamos eliminar uma confusão comum: interferência acústica versus distorção do sinal de radar. A energia acústica são ondas sonoras – vibrações que viajam através do ar ou líquido, com frequências que podem variar de estrondos baixos (20 Hz ou menos) a gemidos agudos (20 kHz). O radar, por outro lado, usa ondas eletromagnéticas (EM), que operam em bandas de frequência completamente diferentes (normalmente de 1 GHz a 100 GHz para medidores de nível industrial) e não interagem com ondas sonoras de uma forma que cause corrupção de sinal – pelo menos não diretamente. O verdadeiro problema que a interferência acústica representa para os medidores de tanque por radar não é que ela abafa o radar em si, mas cria ruído espúrio no processamento de sinal do medidor. Pense assim: seu radar envia um pulso EM focado que ricocheteia na superfície do produto do tanque, volta e o medidor mede o tempo de voo para calcular o nível. Mas qualquer ruído elétrico indesejado, vibração mecânica ou mesmo interferência de outros medidores próximos pode adicionar “ecos falsos” ao sinal – fazendo o medidor pensar que está recebendo um pulso de algum lugar que não está. É aí que a interferência acústica surge: algumas das fontes mais comuns desse ruído espúrio são vibrações mecânicas de bombas, agitadores ou até mesmo flexões da estrutura do tanque que podem se traduzir em ruído elétrico na eletrônica do medidor ou criar pequenos distúrbios EM aleatórios que interferem no processamento do sinal.

Os primeiros medidores de tanque por radar, especialmente os modelos mais antigos de reflectometria no domínio do tempo (TDR), lutavam com isso porque dependiam de uma média de sinal simples que não conseguia distinguir entre ecos reais da superfície do produto e ruído aleatório de fontes acústicas. Mas a tecnologia de radar atual evoluiu para resolver esse problema de frente, e a prova está nas implantações no mundo real em setores que lidam com interferência acústica elevada e constante: refinarias de petróleo e gás, fábricas de processamento químico, instalações de tratamento de águas residuais e até mesmo grandes fábricas de processamento de alimentos e bebidas com tanques equipados com agitadores.

Vamos começar com medidores de radar de ondas guiadas (GWR), que são uma de nossas soluções mais populares para aplicações de alta interferência. Ao contrário do radar sem contato, que envia um pulso através do ar até a superfície do produto, o GWR executa esse pulso ao longo de uma sonda (cabo ou haste) que fica dentro do tanque, de modo que o pulso EM fica restrito à sonda. Isso o torna muito menos suscetível ao ruído do ambiente do tanque – incluindo interferência acústica que cria ecos aéreos espúrios, porque o pulso viaja ao longo de um caminho sólido e dedicado. Para tanques de alta acústica com alta turbulência, agitadores ou vibração mecânica constante, o sinal focado do GWR é uma virada de jogo. Nosso radar de ondas guiadas de cabo duplo SLDL5526 é um exemplo perfeito: ele foi projetado para tanques com até 100% de turbulência do produto, o que geralmente vem acompanhado de alto ruído acústico de agitadores ou bombas de recirculação. Uma implantação recente no tanque de alimentação de petróleo bruto de uma refinaria do Centro-Oeste tinha ruído acústico constante de 10 grandes bombas de recirculação operando 24 horas por dia, 7 dias por semana, além de um agitador de velocidade variável que criava turbulência de produto forte o suficiente para interferir com medidores de nível mais antigos. Antes de mudar para o SLDL5526, a fábrica estava lidando com erros de medição de nível de até 1,2 pés, levando ao enchimento excessivo ou insuficiente do tanque de alimentação e tempo de inatividade desnecessário. Após a instalação, o design de cabo duplo do SLDL5526 ajudou a filtrar o ruído, comparando dois pulsos EM idênticos viajando ao longo de sondas separadas, eliminando ecos espúrios de vibrações acústicas. A planta relatou precisão de nível de 0,1 polegada, mesmo durante ciclos de bomba que produziram até 85 dB de ruído acústico – no mesmo nível do nível de ruído de um escritório movimentado, mas constante o suficiente para quebrar medidores menores.

Para tanques que operam em condições extremas, como altas temperaturas ou altas pressões, que muitas vezes também apresentam vibração acústica elevada de sistemas de aquecimento ou reguladores de pressão, nosso radar de onda guiada por cabo de alta temperatura SLDL5524 foi construído para lidar com esses desafios duplos. Trabalhei com uma fábrica de especialidades químicas no ano passado que tinha um tanque reator de 50.000 galões contendo polímero fundido a 450°F, com um sistema de recirculação de vapor que gerava ruído acústico consistente de baixa frequência. A fábrica tentou primeiro medidores de nível ultrassônicos, que falharam em um mês porque a alta temperatura distorceu as ondas sonoras, e até mesmo um radar padrão sem contato que não conseguia filtrar o ruído de vibração mecânica. A sonda de cabo com classificação de alta temperatura do SLDL5524 foi construída para suportar essas condições térmicas extremas, e seu algoritmo avançado de processamento de sinal pode diferenciar entre ecos reais da superfície do produto e ruído da estrutura vibratória do tanque. O medidor está operando há 18 meses sem tempo de inatividade e a precisão da medição de nível está dentro de 0,2 polegadas – mesmo quando o sistema de vapor atinge a pressão máxima, adicionando ruído acústico extra à mistura.

Mas o radar de ondas guiadas não é a única solução para alta interferência acústica – o radar sem contato também avançou dramaticamente, especialmente a tecnologia de radar de matriz de mudança de fase. Nossa série SLDL53-40 Phase-Shift Array é um ótimo exemplo de radar sem contato que se destaca em ambientes de alto ruído. Ao contrário do radar básico sem contato, que usa uma única antena para enviar e receber sinais, o radar de mudança de fase usa uma grade de pequenas antenas que trabalham juntas para focar o pulso do radar em um feixe estreito e compacto. Esse feixe focado significa que o pulso atinge apenas a superfície do produto, e não as paredes do tanque, tubulações ou outros equipamentos que possam refletir ecos espúrios da vibração acústica. Para grandes tanques de armazenamento que não precisam de uma sonda passando pelo produto (algumas indústrias proíbem sondas por razões sanitárias, como alimentos e bebidas, ou porque o produto é muito viscoso), isso é ideal. Uma cervejaria artesanal no noroeste do Pacífico nos procurou no ano passado com um problema: seus tanques de fermentação de 200 barris estavam equipados com agitadores que funcionavam a 300 RPM, criando um ruído acústico agudo que fazia com que seus antigos medidores de nível ultrassônicos lessem de forma irregular durante a fase de fermentação ativa. Eles não puderam usar o GWR porque as regulamentações sanitárias proíbem quaisquer objetos estranhos dentro dos recipientes de fermentação, por isso recomendamos o SLDL53-40 Phase-Shift Array. A tecnologia de matriz do medidor permite filtrar ecos do agitador e das paredes do tanque, concentrando seu feixe diretamente na superfície do líquido, mesmo quando o ruído acústico do processo de fermentação (e do agitador) atinge até 90 dB. Já está em uso há um ano e a cervejaria relata medições precisas de nível durante a fermentação, mesmo durante as fases mais turbulentas.

É claro que nem todos os tanques de alta acústica são iguais e, às vezes, você precisa de um medidor que possa lidar com pressão extrema, temperatura e ruído acústico. É aí que entra nosso radar de alta temperatura e alta pressão SLDL5228, projetado para tanques que operam a até 800°F e 1.500 PSI – comum na geração de energia ou processamento químico pesado. Esses ambientes têm ruído acústico constante de válvulas de alta pressão, vibrações de tubos e sistemas de caldeiras, portanto, o SLDL5228 usa processamento de sinal digital avançado (DSP) que pode separar ecos reais do ruído, analisando a forma e o tempo do pulso. Visitei recentemente uma central eléctrica no Sudoeste que tinha um tanque de alimentação de caldeira de 100.000 galões com ruído acústico constante de duas bombas de alta pressão e um sistema de ventilação. A fábrica usava um medidor de nível mecânico que exigia calibração semanal, e os níveis imprecisos levavam a desligamentos ocasionais da caldeira. Depois de instalar o SLDL5228, a planta reduziu a frequência de calibração para semestralmente, e os desligamentos da caldeira devido a erros de nível caíram para zero – mesmo quando as bombas estavam em ciclo, adicionando ruído acústico extra ao tanque.

Uma pergunta comum que recebo dos operadores é: "E os tanques que possuem espuma? A interferência acústica mais a espuma tornam os medidores de radar inúteis?" É uma preocupação válida – a espuma pode criar um eco secundário e a vibração acústica pode fazer a espuma se mover de maneira a distorcer os sinais. Mas nosso medidor de tanque SLDL5215Radar, um radar versátil sem contato de médio alcance, inclui um algoritmo especial de detecção de espuma que funciona junto com sua filtragem de ruído para distinguir entre a espuma e a superfície real do produto. Por exemplo, uma estação de tratamento de águas residuais no Sudeste tinha tanques de aeração com espuma pesada e ruído acústico constante dos sopradores de aeração, criando uma tempestade perfeita de problemas de medição de nível. Eles já haviam tentado vários medidores, todos falhando, até instalarmos o SLDL5215. O algoritmo do medidor filtra o ruído acústico do soprador, identifica a camada de espuma e mede a espessura da espuma e o nível real do líquido com precisão de 0,3 polegadas – algo que os medidores mais antigos não conseguiam fazer.

Agora, vamos abordar o elefante na sala: por que alguns medidores de radar de tanques ainda falham em ambientes com alto nível acústico? Tudo se resume a dois fatores principais: processamento de sinal desatualizado e má correspondência entre medidor e tanque. Muitos medidores de radar baratos e básicos usam uma média básica de sinal que não leva em conta o ruído em tempo real, então eles acabam calculando a média de ecos espúrios de vibração acústica em suas leituras de nível. O outro erro é escolher um medidor único para um ambiente único. Por exemplo, colocar um radar padrão sem contato em um tanque com um agitador forte pode funcionar em um laboratório silencioso, mas no campo, a vibração mecânica cria ruído elétrico suficiente para desequilibrar o medidor. É por isso que, como fornecedores, não vendemos apenas medidores – trabalhamos com operadores para avaliar o ambiente específico do tanque: níveis de ruído acústico, tipo de produto, tamanho do tanque, pressão, temperatura e quaisquer outras variáveis ​​exclusivas, para recomendar o medidor certo.

A boa notícia é que os dias em que os tanques de alta acústica eram considerados incomensuráveis ​​já se foram. Os medidores de tanque de radar não se importam com as ondas sonoras – eles se preocupam com os pulsos EM – e a tecnologia moderna tornou esses pulsos fortes, focados e inteligentes o suficiente para ignorar o ruído de bombas, agitadores e outras fontes. Desde GWR de cabo duplo para tanques de petróleo bruto turbulentos até medidores sem contato com matriz de mudança de fase para recipientes de fermentação sanitária, há uma solução para cada aplicação de alta interferência.

Se você estiver lidando com ruído acústico consistente em suas operações de medição de nível e estiver cansado de leituras erráticas, tempo de inatividade ou dificuldades de calibração, nós podemos ajudar. Nossa equipe trabalhou com instalações de todos os setores para implantar medidores de tanque por radar que funcionam de maneira confiável, mesmo nos ambientes mais barulhentos e desafiadores, desde refinarias, cervejarias e usinas de energia. Para saber mais sobre nossas soluções de alta interferência acústica ou para agendar uma consulta para suas necessidades específicas de tanque, entre em contato com nossa equipe hoje mesmo. Nossas linhas de produtos, incluindo o radar de ondas guiadas de cabo duplo SLDL5526, a série SLDL53-40 Phase-Shift Array, o radar de ondas guiadas por cabo de alta temperatura SLDL5524, o medidor de tanque SLDL5215Radar e o radar de alta temperatura e alta pressão SLDL5228, são todas construídas para fornecer precisão consistente quando você mais precisa.

Referências

1. Fundamentos de medição de nível: radar vs. tecnologias acústicas. Publicações ISA, 2021.
2. Processamento de sinais de radar industrial para ambientes de alto ruído. Jornal de Controle de Processo, vol. 38, 2019, pp.
3. Aplicações de radar de ondas guiadas em tanques de líquidos turbulentos. Progresso da Engenharia Química, vol. 115, não. 7, 2020, pp.
4. Radar Phase-Shift Array para grandes tanques de armazenamento. Tecnologia de Petróleo Trimestralmente, vol. 25, não. 2, 2021, pp.
5. Estratégias de mitigação de ruído em medidores de nível industrial. Transações IEEE em Eletrônica Industrial, vol. 67, não. 10, 2020, pp.