Medidor de nível por radar

Os sensores por radio detection and ranging (radar) têm o seu princípio de funcionamento baseado na detecção de ecos de sinais de rádio. De acordo com Balbinot e Brusamarello (2011), essa tecnologia teve suas primeiras aplicações na década de 30, nos serviços militares, para a detecção de aeronaves, além disso a utilização desse método na medição de nível em indústrias químicas, petrolíferas, alimentícias, entre outras, ultrapassa os 50 anos.

Os sinais de rádio utilizados na medição de níveis de tanques são ondas eletromagnéticas com frequências típicas entre 3 e 30 GHz. Valores de frequência nessa faixa possibilitam a utilização de antenas com tamanho reduzido, facilitando, assim, a instalação do instrumento.

Esses tipos de sensores são utilizados principalmente na medição contínua de níveis, sem que haja contato com o produto que se deseja fazer a medição. O seu princípio de funcionamento baseia-se na emissão, reflexão e recepção de um sinal radar. No entanto, existem dois métodos de radares utilizados na medição de nível. A Figura 13 mostra a utilização de um radar para a medição de nível.

No primeiro deles, chamado de radar por pulso (no qual pulso descontínuo é enviado) o princípio de funcionamento é muito semelhante ao do ultrassom. Em ambos os métodos a medição do nível é feita com base no período de tempo entre a emissão e recepção do sinal (pulso), pois, como sabemos, esse tempo é proporcional à distância entre o sensor e a substância e, portanto, ao nível dessa substância.

Como os sinais de radar, que são ondas eletromagnéticas, têm propriedades idênticas a da luz visível, dentre elas a de se propagar à velocidade de $3 \times 10^8 m/s$, o tempo medido entre a emissão e recepção do sinal é muito curto. Segundo Balbinot e Brusamarello (2011), instrumentos desse tipo não conseguem grandes precisões, pois falsos sinais de retorno são comuns devido à dificuldade de se calcular tempos dessa ordem de grandeza (da ordem de picossegundos, 10-12).

No outro tipo de radar, um sinal contínuo de frequência variável é emitido pela antena do sensor em direção à superfície do material cujo nível se deseja medir. Esses sinais, ao incidirem sobre a superfície, são refletidos, sendo captados pela antena do sensor como sinais de eco. No entanto, em vez de se analisar o tempo de deslocamento, o receptor avalia a diferença de frequência entre o sinal enviado e o sinal refletido.

Para que o medidor por radar apresente resultados coerentes de medição de nível, o material que se deseja medir tem que ter a capacidade de refletir os sinais de radar (eletromagnéticos). Essa característica de reflexão está relacionada a duas grandezas: à constante dielétrica e à condutividade do produto. Então, produtos que sejam condutores e que possuam constantes dielétricas maiores que 1,8 refletem bem as ondas eletromagnéticas do sensor radar. O vácuo, que tem constante dielétrica 1, não tem capacidade de refletir tais ondas. Portanto, quanto maior a constante dielétrica e a condutividade da substância, maior será a sua capacidade de refletir os sinais de radar.

Outra categoria de radar é a dos radares de onda guiada. Essa classe de medidores se mostra como uma alternativa para os casos em que a instalação do radar "convencional" não é apropriada (por exemplo, quando há reflexões dos sinais nas partes internas do reservatório, ou seja, falsos ecos).

Os radares de onda guiada utilizam o mesmo princípio do radar convencional, isto é, utilizam pulsos eletromagnéticos para medir nível, diferenciando-se pelo uso de uma sonda guia de ondas.

O uso desse guia viabiliza sinais de menor intensidade, diminuindo, neste caso, a potência requerida para geração desses sinais. O fato de o sinal ser concentrado em torno de um guia de ondas faz com que a medição seja pouco afetada pelos obstáculos dentro do tanque, pela proximidade ou pela presença de turbulência e espumas. Além disso, como o guia de onda determina o foco da energia emitida e refletida, o radar de onda guiada possui uma eficiência bem mais elevada do que o radar sem o guia. Outra vantagem desse tipo de radar é a possibilidade de se medir materiais com constantes dielétricas ≤ 1,4. Existem três tipos de guias de onda: a coaxial, a dupla e a simples.