1.2 MEDICION DE NIVELES POR MICROONDAS EN SOLIDOS

La industria de telecomunicaciones por cable desarrolló el principio de la medición de niveles por microondas guiadas, o TDR (Time Domain Reflectometry, reflectometría de dominio temporal) para detectar una rotura en su extensa red de cable. Cuando se transmite un impulso de radar por el cable, el tiempo que la señal de retorno necesita para su recorrido, varía debido a que el circuito abierto o cortocircuitado presenta impedancias diferentes (es decir, por la distancia). Anualmente, este método se emplea para la medición de niveles (véase la fig. 11) en presencia de grandes cantidades de polvo, porque los instrumentos de medición por ultrasonidos pueden fallar debido a un elevado contenido de polvo y los indicadores de nivel de sondeo por microondas libres tampoco pueden usarse debido a que los sólidos secos no reflejan la energía emitida.

Figura 11. Ejemplo medidor de nivel en sólidos.

La tecnología TDR difiere de la del radar convencional en que los impulsos de microondas se emiten en una amplia banda de frecuencias (200 kHz hasta 1,2 GHz). La tecnología TDR emplea microimpulsos electromagnéticos que viajan por cable (ondas guiadas) y se reflejan debido a un cambio súbito en la constante dieléctrica. En medición de niveles, el cambio en el valor de la constante dieléctrica se corresponde con la interfase aire/producto. La distancia D a la superficie del producto es proporcional al tiempo de retorno del impulso, , donde C es la velocidad de propagación. Es importante el hecho de que la potencia de los impulsos emitidos es muy baja (menos de 1 microwatio) y que están guiados, por lo que apenas se disipa energía. Por este motivo, la intensidad (amplitud) de la señal que retorna será casi la misma si el nivel del producto está entre 3 m y 10m de la brida.
Así como en la medición por ultrasonidos y por microondas se emplea el método de la curva envolvente, en la técnica de medición TDR cada cable sonda se representa por 512 puntos digitales, independientemente de la longitud de éste. Se recoge una muestra del comportamiento de los impulsos reflejados en cada punto de la sonda y la información acumulada sobre el ciclo de muestreo se procesa y se convierte en información acerca del nivel del producto. El principio del tiempo de retorno de las microondas guiadas se emplea en indicadores de nivel para sólidos de hasta 20 m y se conoce con el nombre de Levelflex. La baja potencia de la energía de radar permite su instalación segura en contenedores y silos tanto no metálicos como metálicos sin riesgos para los seres humanos ni el entorno. No se requiere ningún tipo de licencias. Otra diferencia entre los indicadores de nivel por microondas en espacio abierto y los instrumentos por TDR es que, en los primeros, la misma estructura, otros posibles montajes en el silo y el extremo del cable sonda también se detectan y se devuelven más impulsos que propiamente el del nivel del producto. Por esta razón se lleva a cabo el llamado "mapa sonda" que confirma que el impulso recibido es el del nivel del producto (véase la fig. 14). Este "mapeado" se efectúa generalmente en la fábrica para las longitudes de la sonda especificadas y sólo es necesario en caso de montajes especiales o de reducción de la longitud de la sonda.
Los instrumentos de medición de nivel por microondas guiadas sirven para una amplia variedad de sólidos de hasta un tamaño de grano de 20 mm y con valores de la constante dieléctrica de 1,8 o superiores. No se ven afectados por la humedad ni por los cambios en la composición, ni por la presión o la temperatura. La presencia de grandes cantidades de polvo, vapor, adherencias, ruido acústico o el ángulo de talud del producto tampoco afectan a la medición. El indicador no tiene partes móviles que se desgastan o se estropean. La salida suele ser de 4-20 mA, pero el sistema se puede integrar con la interfase RS 485, los protocolos HART o PROFIBUS O con el Fieldbus Foundation. El indicador es capaz de efectuar mediciones en un rango que abarca desde 30 cm. a partir de la conexión a proceso hasta 35 cm del extremo del peso del sensor o el punto de sujeción (véase la fig. 12).