Estudio y caracterización de ecos de radar de onda continua aplicados a la medición de nivel de fluidos homogéneos y heterogéneos

Abstract

En este documento se presenta el trabajo de Tesis de Maestría “Estudio y Caracterización de Ecos de Radar de Onda Continua Aplicados a la Medición de Nivel de Fluidos Homogéneos y No Homogéneos”, en el cual se realiza caracterización de fluidos homogéneos y no homogéneos a frecuencias de microondas y por otro lado se propone un modelo de propagación y dispersión de ondas electromagnéticas en un tanque de almacenamiento. En primer lugar se presenta una revisión teórica sobre las técnicas de radar más empleadas en aplicaciones cotidianas e industriales las cuales sirven como contextualización del problema que se desea abordar, el cual básicamente es el comportamiento de las ondas electromagnéticas dentro de un tanque de almacenamiento de fluidos homogéneos y heterogéneos puntualmente en cuanto a fenómenos de propagación y dispersión. Luego se realizó una caracterización de las propiedades eléctricas de sustancias dieléctricas líquidas, en especial de la permitividad eléctrica, la cual define la manera en que un dieléctrico reflejará, dispersará y transmitirá una onda electromagnética incidente. Después se realizaron pruebas para caracterizar para caracterizar el comportamiento reflectivo y dispersivo de las posibles sustancias almacenadas dentro de un tanque de almacenamiento de líquidos, es decir, se estudió el comportamiento de las muestras frente a las ondas de radar. El principal parámetro de interés analizado fue la sección transversal de radar. De la caracterización de las propiedades eléctricas de los materiales se evaluó la permitividad eléctrica de los materiales, tres sustancias fueron caracterizadas, las cuales presentaron valores bajo medio y alto de permitividad eléctrica que a su vez representa la capacidad reflectiva del material. Los resultados obtenidos en la caracterización de materiales fueron respaldados con la medición de la sección transversal de radar, cuyo concepto básicamente es representar la capacidad reflectiva de un material en términos de área, los valores obtenidos en las mediciones y simulaciones de las muestras que sirvieron como objetivo de radar mostraron una correspondencia entre la permitividad eléctrica y la sección transversal de radar de los materiales. Con lo anterior se establece que la capacidad reflectiva de un material frente a las ondas de radar se puede representar a través de su permitividad eléctrica. Con los resultados que se obtuvieron se construyó un modelo de los fenómenos de propagación y dispersión de ondas electromagnéticas de trazado de rayos (ray tracing) cuya aplicación está orientada a la predicción de propagación de ondas electromagnéticas en zonas urbanas. En este caso se aplicó en un ambiente interior (indoor) con el fin de predecir la propagación de ondas 12 electromagnéticas a través del espacio libre y de interfaces dieléctricas que representan sustancias líquidas almacenadas en el tanque. A través del modelo planteado que incluye los resultados anteriores se logra consolidar un método de predicción de propagación de ondas electromagnéticas cuyo fin es conocer las condiciones que afectan la calidad en la recepción de un dispositivo de radar para medición de nivel y permiten desarrollar sistemas más completos y fiables al momento de diseñar sistemas de instrumentación de microondas. / Abstract. This paper presents the work of Master's Thesis "Study and Characterization of Wave Radar Echoes Applied to Continuous Level Measurement and Non-Homogeneous Homogeneous Fluids", which is made characterizing homogeneous and inhomogeneous fluids at frequencies microwave and on the other hand we propose a model of propagation and scattering of electromagnetic waves in a storage tank. First, it presents a theoretical review on the most used radar techniques everyday and industrial applications which serve as contextualization of the problem to be addressed, which basically is the behavior of electromagnetic waves in a fluid storage tank homogeneous and heterogeneous in terms of timely propagation and scattering phenomena. This was followed by a characterization of the electrical properties of liquid dielectric substances, especially the electric permittivity, which defines the way in which a dielectric reflect, scatter and transmit an electromagnetic wave incident. After tests were performed to characterize the behavior characterized for reflective and dispersive potential substances stored in a liquid storage tank, that is, we studied the behavior of the samples off the radar waves. The main parameter of interest was analyzed radar cross section. Characterization of the electrical properties of the materials was evaluated electric permittivity of the material, three substances were characterized, which presented values under medium and high electric permittivity, which in turn represents the reflective capacity of the material. The results obtained in the characterization of materials were supported by measuring the radar cross section, whose basic concept is to represent the reflective capacity of a material in terms of area, the values obtained in measurements and simulations of the samples served as radar target showed a correspondence between the electrical permittivity and radar cross section of materials. With the above states that the reflective capacity of a material off the radar waves can be represented through its electrical permittivity. With the results obtained are constructed a model of the phenomena of wave propagation and scattering of electromagnetic ray tracing (ray tracing) whose application is oriented to the prediction of electromagnetic wave propagation in urban areas. In this case it is applied in an indoor environment (indoor) to predict the propagation of electromagnetic waves through free space and dielectric interfaces represent liquids stored in the tank. Through the proposed model that includes the above results, it consolidates a prediction method of propagation of electromagnetic waves whose purpose is to understand the conditions that affect the quality of reception of a radar device for measuring level and allow the development of complete systems and reliable when designing microwave instrumentation systems.