La misurazione del livello è un aspetto chiave di molte applicazioni di processo industriale. Che tu stia cercando un maggiore controllo e visibilità nel processo, una maggiore sicurezza e/o conformità ambientale, esiste una gamma di soluzioni di misurazione a livello industriale che possono essere impiegate per aiutarti a raggiungere l'obiettivo. Uno dei sensori più utilizzati è quello a ultrasuoni, ma oggi c'è un altro dispositivo che sta conquistando il mercato: il misuratore di livello radar.
Qui evidenziamo la misura di livello radar in relazione ai sensori di livello ad ultrasuoni: i radar di livello presentano una tecnologia innovativa che è in grado di risolvere alcuni dei principali problemi che potrebbero manifestarsi con l'utilizzo di altre tecnologie.
Ne abbiamo parlato con Andrea Spadacini, Product Manager Level Measurements di Endress+Hauser Italia. Ecco cosa ci ha raccontato.
Sia la tecnologia radar a spazio aperto che quella a onda guidata sfruttano il principio fisico del “tempo di volo”, emettendo un’onda elettromagnetica. La differenza sta nella propagazione di quest’onda.
I radar a onda guidata hanno un’asta o una fune a contatto con il prodotto, che serve da guida per l’onda elettromagnetica, la quale si propaga seguendone la geometria (è possibile prevedere anche delle curve).
Al contrario, i radar a spazio aperto sono misuratori di livello senza contatto ed emettono l’onda elettromagnetica direttamente dall’antenna. Anche la frequenza di emissione è differente: i radar a onda guidata funzionano a basse frequenze (1GHz), mentre quelli a spazio aperto lavorano a frequenze più elevate e variabili a seconda del modello prescelto (6-26-80 GHz).
Principio di misura "TOF" (Time Of Flight)
Non esiste una risposta valida per tutte le circostanze, dipende sempre dal tipo di applicazione che si sta considerando. La misura ad ultrasuoni ha dei limiti operativi in pressione e temperatura più stringenti rispetto a quelli di un sensore radar, ma in determinate applicazioni presenta dei vantaggi, ad esempio dovuti al tempo di risposta più rapido.
In generale, la misura di livello radar è meno influenzata da schiuma, vapori, densità del mezzo di propagazione e risulta essere più utilizzata rispetto a quella a ultrasuoni. (Per un approfondimento, si consiglia di visitare la sezione “Misura di livello” del portale di Endress+Hauser, in cui sono ospitati molti articoli sul livello radar, N.d.R.).
Sonde di livello a ultrasuoni o radar? La spiegazione di Endress+Hauser
È meglio utilizzare i sensori di livello radar quando serve maggior precisione, poiché sono più precisi in termini di accuratezza. Ad esempio, questo dipositivo è cruciale quando bisogna misurare in piccoli serbatoi fino ad un livello vicino all’emissione, cioè all'antenna.
Il sensore a ultrasuoni è utile in presenza di liquidi incomprimibili o quando si ha necessità di un'elevata velocità di risposta. Ad esempio, nel settore delle acque per storicità è maggiormente utilizzato. È impiegato anche per gestire impianti di sollevamento acque con soglie e software pre-impostati, nonché per la misura di portata in canale aperto.
La differenza principale è il tipo di onda che viene emessa.
L’ultrasuono emette un’onda meccanica che necessita di un mezzo per propagarsi alla velocità del suono, mentre un radar emette un’onda elettromagnetica che si propaga alla velocità della luce, anche nel vuoto.
Misure di livello nell'era dell'IIoT: clicca sul bottone qui sotto e leggi l'approfondimento!
Le sonde di livello radar in generale sono più accurate, nei modelli per applicazioni fiscali si raggiunge la precisione di 0,5mm, mentre gli altri modelli per l’industria di processo partono da accuratezze di 1mm fino a 5mm, in base allo strumento. I sensori di misura a ultrasuoni sono leggermente meno accurati, ma si parla sempre di imprecisioni inferiori a 10mm.
L’importante, nella scelta della tecnologia più idonea, spesso non è la precisione ma l’affidabilità e la ripetibilità della misura.
La costante dielettrica è un parametro molto importante per la misura radar, perché definisce la parte di energia che viene riflessa dalla superficie del prodotto da misurare.
Maggiore è il valore di costante dielettrica e maggiore sarà l’energia riflessa verso lo strumento. Negli ultimi 10 anni la tecnologia radar ha fatto passi da gigante e oggi si riescono a misurare sia fluidi che solidi (ad esempio gas liquefatti, solventi, polvere di legno, polistirolo e così via) con bassi valori di costante dielettrica.
Nelle industrie chimiche e farmaceutiche i sensori radar sono utilizzati per la misura di livello nei reattori di produzione.
Ad esempio, nei reattori di distillazione che lavorano in depressione viene costantemente misurato il livello di prodotto, in modo tale da fermare la distillazione una volta raggiunto il concentrato prestabilito.
Nell’industria delle acque e acque reflue vengono utilizzati sensori radar per il monitoraggio dei corsi d’acqua e delle dighe, per l’automatizzazione degli impianti di depurazione, per il controllo delle stazioni di sollevamento e per le misure di portata in canale aperto (all’ingresso e all’uscita dei depuratori, o per il monitoraggio dell’impianto fognario).
Nell’industria alimentare, invece, la misura di livello è utilizzata per gestire l’approvvigionamento delle materie prime come cereali, mais e farine, monitorando la quantità di materiale stoccata all’interno dei silos. Oppure viene utilizzata per automatizzare il processo di imbottigliamento/confezionamento.
Misura di livello radar in azione
No, nessuna limitazione. Serbatoi in acciaio, alluminio o altri metalli non creano problemi. In aggiunta, se vi sono serbatoi in materiale plastico (LDPE, HDPE…), in vetro-resina o in vetro, con la tecnologia radar è possibile effettuare una misura direttamente dall’esterno del serbatoio, senza la necessità di forarlo, diminuendo così i costi di installazione e assicurando la compatibilità chimica dei materiali.
La misura in tubo di calma necessita di alcuni accorgimenti fondamentali per garantire il corretto funzionamento della misura.
Innanzitutto, il materiale consigliato è l’acciaio, in quanto l’onda elettromagnetica deve essere concentrata all’interno del tubo e le successive riflessioni vengono gestiste e compensate attraverso il software. Un tubo di calma in materiale plastico verrebbe attraversato dall’onda elettromagnetica e l’applicabilità del principio di misura va valutata di caso in caso.
Inoltre, la superficie interna del tubo di calma deve essere il più liscia possibile: eventuali saldature, fori o asole devono essere rifinite con cura per evitare dei picchi di disturbo importanti.
Da ultimo, bisogna scegliere lo strumento più adatto per la misura: è preferibile utilizzare un radar a bassa frequenza. L’ideale sarebbe un radar a onda guidata, ed esistono delle costruzioni meccaniche dell’antenna appositamente studiate per funzionare all’interno di un tubo di calma, ad esempio la sonda Micropilot FMR54 con antenna planare.
La capacità di misura radar è fino a 125 metri per misure su solidi, con gli ultrasuoni si arriva fino a 45 metri massimi.
Le differenze principali nella misurazione sono dovute a:
Grazie ad Andrea per averci illustrato le differenze e potenzialità dei sensori di livello radar e di quelli a ultrasuoni.
In conclusione, i misuratori di livello radar sono adatti per la misurazione continua senza contatto di liquidi, fanghi, polvere, solidi e per la misurazione del livello dei fanghi. Anche quando la temperatura e la pressione di lavoro cambiano molto, gli strumenti di livello radar possono offrire misurazioni di livello accurate. I sensori radar possono essere utilizzati anche quando l'ambiente presenta gas inerti o volatili e possono essere installati in una varietà di serbatoi o tubi metallici e non metallici. Le radiazioni dei radar di livello sono innocue per il corpo umano e per l'ambiente.
L'offerta di misura di livello radar di Endress+Hauser
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