Posição de instalação de medidor de nível radar e ultrassônico
Um medidor de nível radar ou ultrassônico mede pelo eco de um feixe em forma de cone. Se esse cone encosta no costado antes de chegar ao fundo, a parede devolve um eco falso e a medição perde a parte baixa do tanque. Esta página mostra a conta da distância mínima da parede, o caso do fundo inclinado e o do silo.
Quando usar
Ao locar o bocal de um medidor de nível sem contato num tanque novo, ao conferir se um bocal existente serve para o sensor escolhido e ao decidir entre um sensor de feixe largo e um de feixe estreito.
Por que a posição do bocal importa
O radar e o ultrassom medem o tempo de ida e volta de um eco. O feixe sai em forma de cone e abre com a profundidade. Enquanto o cone está longe da parede, o único eco forte é o da superfície do produto. Quando ele encosta no costado, a parede passa a devolver eco também — e, na parte baixa do tanque, esse eco falso pode ser mais forte que o do produto.
Perder o fundo da faixa não é detalhe. É ali que ficam o alarme de nível baixo e o desarme da bomba, e o nível do tanque de sucção entra na altura estática de qualquer dimensionamento de bombas: a lição de nível dos tanques mostra como esse nível desloca o ponto de operação da bomba, e a lição de NPSH e cavitação por que um nível de sucção baixo consome a margem de NPSH.
A conta
A verificação é geométrica. O raio do feixe a uma profundidade d é o raio da antena mais d vezes a tangente do meio ângulo. No tanque de fundo plano, o pior ponto é o fundo: a distância mínima da parede é o raio da antena mais a altura interna vezes a tangente do meio ângulo. A ferramenta faz a mesma verificação em todas as direções em volta do eixo, então também vale para o canto do tanque retangular e para o sensor inclinado do silo.
Quando nenhuma posição de bocal atende — feixe largo num vaso alto e estreito, por exemplo —, uma medição com contato elimina o problema do feixe. O transmissor de nível por pressão diferencial não tem cone para manter longe da parede, mas traz o próprio orçamento de erro, expresso em milímetros de nível.
Fundo inclinado e silo
No decantador de fundo inclinado o sensor fica na vertical. Longe do lado baixo, o feixe continua livre da parede, mas o nível abaixo do fundo sob o sensor deixa de ser medido. No silo de sólidos, o sensor é apontado para o centro da saída, para o feixe alcançar o cone até o fim. Se o transmissor não alcança essa inclinação, recomenda-se um flange inclinado para acomodação do sensor.
No silo retangular com o fundo inclinado para a borda, a saída fica no pé da parede do lado baixo. Mirar o centro dela costuma fazer o feixe tocar essa parede; a ferramenta aponta o sensor para o ponto da saída mais próximo da parede em que o feixe passa livre, e o bocal pode ficar do lado baixo ou do alto.
Fórmulas e fundamentos
r(d) = r_ant + d · tan(α/2) α é o ângulo total do feixe a −3 dB, da folha de dados do sensor. O feixe parte da borda da antena, então o raio da antena soma direto.
d_mín = r_ant + (L + H_int) · tan(α/2) + m H_int é a profundidade interna do teto ao fundo e L é o pescoço mais a espessura do teto — a antena fica no topo do pescoço (padrão de 150 mm no flange e 50 mm na rosca). m é a margem de segurança entre a borda do feixe e a parede (padrão 50 mm, ajustável). Qualquer posição mais para dentro também atende.
θ = atan[e / (H_cil + h_cone)] No silo de fundo cônico o sensor é apontado para o centro da saída; e é a distância horizontal do bocal ao eixo do silo. Se o transmissor não inclina tanto, a diferença fica com um flange inclinado.
h = x · tan φ ; V = W · h² / (2 · tan φ) Com o sensor na vertical a x do lado baixo, abaixo da cota h o nível não é medido. W é a largura e φ a inclinação do fundo.
Normas e métodos
- Não há norma que fixe o afastamento da parede — critério geométrico sobre o ângulo de feixe (−3 dB) da folha de dados do fabricante
Valores típicos de referência
| Grandeza | Faixa típica | Observação |
|---|---|---|
| Ângulo de feixe | da folha de dados do sensor, a −3 dB | radar de frequência alta tem feixe estreito; ultrassom abre mais |
| Montagem em líquido | sensor na vertical | — |
| Montagem em silo de sólidos | sensor apontado para o centro da saída | — |
Exemplo resolvido
Tanque cilíndrico de fundo plano
Entradas
- Tanque
- 3.000 × 6.000 mm (Ø × altura, externos)
- Parede
- 10 mm
- Ângulo do feixe
- 8 ° (−3 dB)
- Antena
- 100 mm
- Conexão
- 4" flange, pescoço de 150 mm
Resultados
- Distância mínima da parede
- 539,4 mm (face externa)
- Bocal a 600 mm — folga
- 110,6 mm
- Bocal a 300 mm — folga
- -189,4 mm (toca o costado)
Qualquer bocal a partir de 539,4 mm da face externa atende. O bocal a 600 mm passa com 110,6 mm de folga; o de 300 mm tem o feixe tocando o costado antes do fundo, e o sensor mediria o eco da parede na parte baixa do tanque.
Erros comuns
- Medir a distância pelo raio do bocal e esquecer a antena. O feixe parte da borda da antena; com antena de 100 mm, são 50 mm a mais em qualquer tanque.
- Usar o ângulo de feixe de outro modelo ou de outra frequência. A distância mínima cresce com a tangente do meio ângulo: num tanque de 6 m, passar de 8° para 9° afasta o bocal 54 mm.
- Pôr o bocal sobre o lado alto de um decantador. O feixe não toca a parede, mas o nível abaixo do fundo sob o sensor não é medido: num decantador de 12 m com fundo a 10°, o nível cego vai de 86 mm no lado baixo para mais de 2 m no lado alto.
- Montar o sensor na vertical num silo. O feixe acerta a parede do cone e não o produto perto da saída; apontar para o centro da saída resolve.
Perguntas frequentes
Qual a distância mínima de um radar de nível até a parede?
Depende do ângulo do feixe, da antena e da altura do tanque: é o raio da antena mais a altura interna vezes a tangente do meio ângulo. Um radar de feixe estreito pode ficar bem perto da parede; um ultrassom de feixe largo, não.
O radar pode ficar no centro do tanque?
Pela geometria do feixe, o centro é a posição com mais folga. Outras recomendações de fabricante — como evitar o centro de teto abaulado — ficam por conta da folha de instalação do sensor.
Por que o sensor fica inclinado no silo?
No silo o produto sai pelo cone e a superfície não é horizontal. Apontar para o centro da saída faz o feixe alcançar o cone até o fim, em vez de bater na parede do cone.
O pescoço do bocal atrapalha a medição?
Dentro do pescoço, não: ele fica na banda morta do sensor. Mas como a antena fica no topo do pescoço, o feixe já entra no tanque aberto, e a distância mínima da parede cresce com o comprimento do pescoço.
Existe norma para isso?
Não há norma que fixe o afastamento. A verificação é geométrica, sobre o ângulo de feixe que o fabricante publica na folha de dados.
Glossário
- Ângulo de feixe
- Ângulo total do cone de medição, medido a −3 dB da intensidade máxima.
- Costado
- A parede vertical do tanque.
- Nível cego
- A parte baixa do tanque que o sensor não enxerga por causa da posição.