¿Se puede utilizar un medidor de nivel de radar para tanques con un alto nivel de interferencia acústica?

Si alguna vez estuvo junto al parque de tanques de una refinería en una tarde calurosa, probablemente haya sentido vibraciones bajas y retumbantes que le hacen vibrar el pecho: interferencia acústica en su forma más cruda y constante. Para los operadores encargados de medir niveles con precisión, ese mismo zumbido, más el ruido metálico de las bombas, la ventilación del vapor e incluso el leve eco del producto chapoteando dentro de un tanque, no es solo ruido de fondo: es una amenaza para los datos que mantienen las instalaciones seguras, conformes y rentables. Durante años, muchos equipos industriales descartaron los tanques altamente acústicos como “imposibles” para los medidores de tanques por radar, asumiendo que el sonido ahogaría las señales de radar de la misma manera que la estática desdibuja una radio. Como proveedor de medidores de tanque por radar con décadas de implementaciones de campo, estoy aquí para compartir que este mito es solo eso, y que la tecnología de radar moderna está diseñada para prosperar, no para luchar, incluso en entornos donde la interferencia acústica es parte del ritmo diario.

Primero, eliminemos una confusión común: interferencia acústica versus distorsión de la señal de radar. La energía acústica son ondas sonoras: vibraciones que viajan a través del aire o del líquido, con frecuencias que pueden variar desde ruidos bajos (20 Hz o menos) hasta gemidos agudos (20 kHz). El radar, por el contrario, utiliza ondas electromagnéticas (EM), que operan en bandas de frecuencia completamente diferentes (normalmente de 1 GHz a 100 GHz para medidores de nivel industriales) y no interactúan con las ondas sonoras de una manera que cause corrupción de la señal, al menos no directamente. El verdadero problema que la interferencia acústica plantea para los medidores de tanques por radar no es que ahoga el radar en sí, sino que crea un ruido espurio en el procesamiento de la señal del medidor. Piénselo así: su radar envía un pulso EM enfocado que rebota en la superficie del producto del tanque, regresa y el medidor mide el tiempo de vuelo para calcular el nivel. Pero cualquier ruido eléctrico no deseado, vibración mecánica o incluso interferencias de otros medidores cercanos pueden agregar "ecos falsos" a la señal, haciendo que el medidor piense que está recibiendo un pulso de algún lugar en el que no está. Ahí es donde asoma la interferencia acústica: algunas de las fuentes más comunes de ese ruido espurio son vibraciones mecánicas de bombas, agitadores o incluso la flexión de la estructura del tanque que pueden traducirse en ruido eléctrico en la electrónica del medidor, o crear pequeñas perturbaciones EM aleatorias que interfieren con el procesamiento de la señal.

Los primeros medidores de tanques por radar, especialmente los modelos más antiguos de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), tuvieron problemas con esto porque dependían de un promedio de señal simple que no podía distinguir entre los ecos reales de la superficie del producto y el ruido aleatorio de fuentes acústicas. Pero la tecnología de radar actual ha evolucionado para resolver ese problema de frente, y la prueba está en implementaciones en el mundo real en industrias que enfrentan interferencias acústicas altas y constantes: refinerías de petróleo y gas, plantas de procesamiento químico, instalaciones de tratamiento de aguas residuales e incluso grandes plantas de procesamiento de alimentos y bebidas con tanques equipados con agitadores.

Comencemos con los medidores de radar de onda guiada (GWR), que son una de nuestras soluciones más populares para aplicaciones de alta interferencia. A diferencia del radar sin contacto, que envía un pulso a través del aire hasta la superficie del producto, GWR pasa ese pulso a lo largo de una sonda (cable o varilla) que se encuentra dentro del tanque, por lo que el pulso EM está limitado a la sonda. Eso lo hace mucho menos susceptible al ruido del entorno del tanque, incluida la interferencia acústica que crea ecos falsos en el aire, porque el pulso viaja a lo largo de una trayectoria sólida y dedicada. Para tanques altamente acústicos con alta turbulencia, agitadores o vibración mecánica constante, la señal enfocada de GWR cambia las reglas del juego. Nuestro radar de onda guiada de doble cable SLDL5526 es un ejemplo perfecto: está diseñado para tanques con hasta un 100 % de turbulencia del producto, que a menudo viene de la mano de un alto ruido acústico procedente de agitadores o bombas de recirculación. Un despliegue reciente en el tanque de alimentación de petróleo crudo de una refinería del Medio Oeste tenía un ruido acústico constante proveniente de 10 grandes bombas de recirculación que operaban las 24 horas del día, los 7 días de la semana, además de un agitador de velocidad variable que creaba una turbulencia del producto lo suficientemente fuerte como para alterar los medidores de nivel más antiguos. Antes de cambiar al SLDL5526, la planta se enfrentaba a errores de medición de nivel de hasta 1,2 pies, lo que provocaba un llenado excesivo o insuficiente del tanque de alimentación y tiempos de inactividad innecesarios. Después de la instalación, el diseño de doble cable del SLDL5526 lo ayudó a filtrar el ruido al comparar dos pulsos EM idénticos que viajan a lo largo de sondas separadas, eliminando ecos espurios de las vibraciones acústicas. La planta informó una precisión de nivel de 0,1 pulgadas, incluso durante ciclos de bombeo que producían hasta 85 dB de ruido acústico, a la par con el nivel de ruido de una oficina ocupada, pero lo suficientemente constante como para romper calibres menores.

Para tanques que operan en condiciones extremas, como altas temperaturas o altas presiones, que a menudo también vienen con una vibración acústica elevada de los sistemas de calefacción o reguladores de presión, nuestro radar de onda guiada por cable de alta temperatura SLDL5524 está diseñado para manejar esos desafíos duales. El año pasado trabajé con una planta de productos químicos especializados que tenía un tanque reactor de 50,000 galones que contenía polímero fundido a 450 °F, con un sistema de recirculación de vapor que generaba un ruido acústico constante de baja frecuencia. La planta había probado primero medidores de nivel ultrasónicos, que fallaron al cabo de un mes porque la alta temperatura distorsionaba las ondas sonoras, e incluso un radar estándar sin contacto que no podía filtrar el ruido de vibración mecánica. La sonda de cable con clasificación de alta temperatura del SLDL5524 está diseñada para soportar esas condiciones térmicas extremas, y su algoritmo avanzado de procesamiento de señales puede diferenciar entre los ecos reales de la superficie del producto y el ruido de la estructura vibratoria del tanque. El medidor ha estado funcionando durante 18 meses sin tiempo de inactividad y la precisión de la medición de nivel es de 0,2 pulgadas, incluso cuando el sistema de vapor aumenta a la presión máxima, lo que agrega ruido acústico adicional a la mezcla.

Pero el radar de onda guiada no es la única solución para las interferencias acústicas elevadas: el radar sin contacto también ha avanzado espectacularmente, especialmente la tecnología de radar de matriz de desplazamiento de fase. Nuestra serie SLDL53-40 Phase-Shift Array es un gran ejemplo de radar sin contacto que sobresale en entornos de alto ruido. A diferencia del radar básico sin contacto, que utiliza una sola antena para enviar y recibir señales, el radar de desplazamiento de fase utiliza una red de pequeñas antenas que trabajan juntas para enfocar el pulso del radar en un haz estrecho y estrecho. Ese haz enfocado significa que el pulso solo llega a la superficie del producto, no a las paredes del tanque, tuberías u otros equipos que puedan reflejar ecos espurios de la vibración acústica. Para tanques de almacenamiento grandes que no necesitan una sonda que atraviese el producto (algunas industrias prohíben las sondas por razones sanitarias, como alimentos y bebidas, o porque el producto es demasiado viscoso), esto es ideal. Una cervecería artesanal en el noroeste del Pacífico se acercó a nosotros el año pasado con un problema: sus tanques de fermentación de 200 barriles estaban equipados con agitadores que funcionaban a 300 RPM, creando un chirrido acústico agudo que hacía que sus viejos medidores de nivel ultrasónicos leyeran erráticamente durante la fase de fermentación activa. No pudieron usar GWR porque las regulaciones sanitarias prohíben cualquier objeto extraño dentro de los recipientes de fermentación, por lo que recomendamos el SLDL53-40 Phase-Shift Array. La tecnología de matriz del medidor le permite filtrar los ecos del agitador y las paredes del tanque enfocando su haz directamente en la superficie del líquido, incluso cuando el ruido acústico del proceso de fermentación (y el agitador) alcanza hasta 90 dB. Ya lleva un año en uso y la cervecería informa mediciones de nivel precisas durante toda la fermentación, incluso durante las fases más turbulentas.

Por supuesto, no todos los tanques de alta acústica son iguales y, a veces, se necesita un manómetro que pueda soportar presiones, temperaturas y ruidos acústicos extremos. Ahí es donde entra en juego nuestro radar de alta temperatura y alta presión SLDL5228, diseñado para tanques que operan a hasta 800 °F y 1500 PSI, algo común en la generación de energía o el procesamiento de productos químicos pesados. Estos entornos tienen un ruido acústico constante proveniente de válvulas de alta presión, vibraciones de tuberías y sistemas de calderas, por lo que el SLDL5228 utiliza un procesamiento de señales digitales (DSP) avanzado que puede separar los ecos reales del ruido mediante el análisis de la forma y el tiempo del pulso. Recientemente visité una planta de energía en el suroeste que tenía un tanque de alimentación de caldera de 100.000 galones con ruido acústico constante proveniente de dos bombas de alta presión y un sistema de ventilación. La planta había estado utilizando un indicador de nivel mecánico que requería calibración semanal y los niveles inexactos provocaban fallos ocasionales de la caldera. Después de instalar el SLDL5228, la planta redujo la frecuencia de calibración a cada seis meses y los disparos de la caldera por errores de nivel cayeron a cero, incluso cuando las bombas funcionaron, lo que agregó ruido acústico adicional al tanque.

Una pregunta común que recibo de los operadores es: "¿Qué pasa con los tanques que tienen espuma? ¿La interferencia acústica más la espuma hace que los medidores de radar sean inútiles?" Es una preocupación válida: la espuma puede crear un eco secundario y la vibración acústica puede hacer que la espuma se mueva de manera que distorsione las señales. Pero nuestro medidor de tanque por radar SLDL5215, un radar versátil sin contacto de rango medio, incluye un algoritmo especial de detección de espuma que funciona junto con su filtrado de ruido para distinguir entre la espuma y la superficie real del producto. Por ejemplo, una planta de tratamiento de aguas residuales en el sudeste tenía tanques de aireación con mucha espuma y ruido acústico constante de los ventiladores, lo que creaba una tormenta perfecta de problemas de medición de nivel. Habían probado varios medidores antes, todos fallando, hasta que instalamos el SLDL5215. El algoritmo del medidor filtra el ruido acústico del soplador, identifica la capa de espuma y mide tanto el espesor de la espuma como el nivel real del líquido con una precisión de 0,3 pulgadas, algo que los medidores más antiguos no podían hacer.

Ahora, hablemos del elefante en la habitación: ¿por qué algunos medidores de radar para tanques todavía fallan en entornos muy acústicos? Todo se reduce a dos factores clave: procesamiento de señales obsoleto y mala coincidencia entre el medidor y el tanque. Muchos medidores de radar baratos y de nivel básico utilizan un promedio de señal básico que no tiene en cuenta el ruido en tiempo real, por lo que terminan promediando ecos espurios de la vibración acústica en sus lecturas de nivel. El otro error es elegir un medidor único para un entorno único. Por ejemplo, colocar un radar estándar sin contacto en un tanque con un agitador fuerte podría funcionar en un laboratorio silencioso, pero en el campo, la vibración mecánica crea suficiente ruido eléctrico como para desviar el medidor. Por eso, como proveedor, no solo vendemos medidores: trabajamos con los operadores para evaluar el entorno específico de su tanque: niveles de ruido acústico, tipo de producto, tamaño del tanque, presión, temperatura y cualquier otra variable única, para recomendar el medidor correcto.

La buena noticia es que los días en que se descartaban los tanques altamente acústicos como inmensurables han quedado atrás. A los medidores de tanques por radar no les importan las ondas sonoras, sino los pulsos electromagnéticos, y la tecnología moderna ha hecho que esos pulsos sean lo suficientemente fuertes, enfocados e inteligentes como para ignorar el ruido de bombas, agitadores y otras fuentes. Desde GWR de doble cable para tanques de crudo turbulentos hasta medidores sin contacto con matriz de cambio de fase para recipientes de fermentación sanitarios, existe una solución para cada aplicación de alta interferencia.

Si se enfrenta a un ruido acústico constante en sus operaciones de medición de nivel y está cansado de lecturas erráticas, tiempos de inactividad o problemas de calibración, podemos ayudarle. Nuestro equipo ha trabajado con instalaciones de todas las industrias para implementar medidores de tanques por radar que funcionen de manera confiable incluso en los entornos más ruidosos y desafiantes, desde refinerías hasta cervecerías y plantas de energía. Para obtener más información sobre nuestras soluciones de alta interferencia acústica o para programar una consulta para las necesidades específicas de su tanque, póngase en contacto con nuestro equipo hoy. Nuestras líneas de productos, incluido el radar de onda guiada de doble cable SLDL5526, la serie de matriz de cambio de fase SLDL53-40, el radar de onda guiada por cable de alta temperatura SLDL5524, el medidor de tanque de radar SLDL5215 y el radar de alta temperatura y presión SLDL5228, están diseñadas para ofrecer una precisión constante cuando más la necesita.

Referencias

1. Fundamentos de la medición de nivel: radar versus tecnologías acústicas. Publicaciones de la ISA, 2021.
2. Procesamiento de señales de radar industriales para entornos con mucho ruido. Revista de control de procesos, vol. 38, 2019, págs. 45-52.
3. Aplicaciones de radar de onda guiada en tanques de líquidos turbulentos. Progreso de la ingeniería química, vol. 115, núm. 7, 2020, págs. 32-37.
4. Radar de desplazamiento de fase para grandes tanques de almacenamiento. Tecnología petrolera trimestral, vol. 25, núm. 2, 2021, págs. 61-68.
5. Estrategias de mitigación de ruido en medidores de nivel industriales. Transacciones IEEE sobre electrónica industrial, vol. 67, núm. 10, 2020, págs. 8612-8620.