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Radar de onda guiada en calderas de vapor y otras
aplicaciones de alta temperatura y presión

La tecnología de radar se ha introducido en la industria de proceso como una alternativa de medición que usa ondas electromagnéticas de alta frecuencia que no están influenciadas por la fase de gas, cuando viaja a través de las condiciones de temperatura y presión en los contenedores del proceso. Es tiempo de mirar detenidamente la conducta del radar en aquellas aplicaciones y soluciones críticas, así como los diseños mecánicos de tales dispositivos de medición.

El diseño de un dispositivo de radar de onda guiada o dispositivo de radar de espacio libre que debe soportar condiciones extremas, requiere cumplir con los más altos estándares de la industria, como SIL 2 de Diseño, tanto para software/algoritmo como en desarrollo de hardware (IEC61508) y efectivamente probado en el uso de estas aplicaciones extremas (IEC61511). Además, la electrónica debería ser capaz de diferenciar entre señal de nivel y lecturas falsas y reaccionar en un modo "seguro" y previsible.

Además, la velocidad del radar está muy influenciada por la impedancia del sistema en el que tiene que viajar, de modo que la distancia de una antena a la pared de una derivación o cámara tiene una influencia en la velocidad de la señal del radar. Lo anterior también es válido para la estabilidad mecánica y tensión de las partes que la señal del radar "transporta" desde un módulo HF a la varilla/cable o antena acoplada dentro de un tanque o derivación.

Un simple ejemplo es la cerámica que se usa para la estabilidad mecánica y material de aislación en un radar de onda guiado. Cuando uno aplica 5800 psi en combinación con 283ºC en esa pieza de cerámica, la Constante Dieléctrica de dicha pieza cambiará, influyendo en la impedancia del sistema y, por lo tanto, en el ruido y velocidad de propagación de la señal.

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Velocidad de señales de radar

Las señales del radar viajan a la velocidad de la luz cuando viajan en el vacío, pero cuando no lo hacen, esta velocidad se puede ver influida. La presión y temperatura de una fase específica del gas o líquido tienen alguna influencia en la velocidad de las señales de radar, dependiendo en cuán polarizado estén esos gases; en otras palabras, cuánto cambia la constante dieléctrica de la fase de gas debido a los cambios de temperatura o presión en la aplicación.

Los vapores de hidrocarbonos muestran un pequeño efecto aún bajo condiciones de alta temperatura o presión, excepto un alto vapor polar.

Asimismo, existen puntos de control críticos en el sistema de calderas, siendo el más importante el nivel de control de la caldera; en segundo lugar, encontramos el nivel de alimentación de agua a la caldera y el nivel de regreso condensado. Los dispositivos de medición del radar se usan cada vez más en estas aplicaciones críticas, pues representan una gran alternativa con un diagnóstico avanzado e insensibilidad a la construcción y fluctuaciones de temperatura que molestan a otros principios deend3.jpg (4966 bytes) medición, tales como dispositivos de presión Diferencial y Desplazadores. Ambos principios de medición usan la "densidad" del producto para determinar el nivel, pero la densidad del agua cambia significativamente en un sistema de caldera; una variación es suficiente para tener grandes errores de medición.

Este error tiene un impacto en la cantidad y en la calidad de vapor que produce una caldera. Ninguna caldera operativa en su punto crítico lleva a costos de energía mayores por tonelada de vapor y reduce su vida útil. Un nivel demasiado alto en la caldera entrega una mala calidad de vapor que puede provocar gotas de agua en un sistema de vapor, que pueden resultar devastadoras para los elementos de control, tuberías y turbinas.


Vapor: Un medio difícil

El vapor es un gas altamente polar, lo que significa que la velocidad de las señales de radar en aplicaciones de vapor con alta presión y temperatura está sujeta a la reducción en la velocidad. En una caldera, esto lleva a una lectura de nivel de agua más bajo que la que realmente existe. Puede ser peligroso e influye en el rendimiento de las calderas y provoca una reducción en la calidad del vapor. El error puede fácilmente ser de 30 – 40%.

La forma más simple (pero no la mejor) de superar este problema es colocar un valor fijo de desplazamiento en el dispositivo de medición, incorporando los valores de temperatura o presión y así lograr que la unidad radar calcule el "desplazamiento". El problema es que se producen muchos "errores" durante la puesta en marcha de una instalación. Las condiciones normales de operación aún no se han alcanzado y, por lo tanto, la unidad estará sobre-compensanda. También se podría programar la tabla de compensación en un DCS o PLC y conectarlos a un transmisor de temperatura o presión.

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Compensación dinámica "incorporada"

El método más preciso es a través de un circuito de compensación dinámico en un radar de ondas guiado. Se usa una señal de referencia en una distancia conocida para compensar la demora en la velocidad de medición del nivel de agua de la señal del radar. Esto se hace dinámicamente, por ejemplo, cuando la señal de pulso de referencia muestra un pequeño cambio en el tiempo, la señal de nivel será compensada por este pequeño cambio. Por el contrario, si la señal de referencia muestra un cambio grande, entonces la señal de nivel será compensada por este cambio grande.

Artículo gentileza de Endress+Hauser Chile.
www.endress.cl
Abril 2010
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