INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL – CAMPUS RIO GRANDE

Aula 12

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• É o tipo de medição que se faz para determinar o nível em função de uma segunda variável.

• Neste tipo de medição, o nível é medido • Neste tipo de medição, o nível é medido indiretamente em função de grandezas físicas como: pressão, empuxo, radiação e propriedades elétricas.

MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Tipos de medições de nível indireta:– Medição de Nível por Pressão

– Medição de Nível com Borbulhador

– Medição de Nível por Empuxo – Medição de Nível por Empuxo

– Medição de Nível por Radiação

– Medição de Nível por Capacitância

– Medição de Nível por Ultrassom

– Medição de Nível por Radar

– Medição de Nível por Laser

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível por Pressão em Tanques Abertos• Neste tipo de medição usamos a pressão hidrostática exercida pela

altura da coluna líquida para medirmos indiretamente o nível através do conceito do Teorema de Stevin:

P = h . δ• Onde:

– P = Pressão em mmH O ou polegadaH O – P = Pressão em mmH2O ou polegadaH2O – h = nível em mm ou em polegadas – δ = densidade relativa do liquido

– A pressão no fundo do reservatório é proporcional à quantidade de líquido no seu interior.

– Essa técnica permite que a medição seja feita independente do formato do tanque seja ele aberto ou fechado pela diferença de pressão.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível por Pressão Diferencial

– Normalmente se utiliza um transmissor de pressão diferencial, cuja cápsula sensora é dividida em duas câmaras: a de alta (H) e a de baixa pressão (L).

– Este transmissor de nível mede a pressão diferencial, – Este transmissor de nível mede a pressão diferencial, subtraindo-se a pressão da câmara alta (H) da câmara baixa (L).

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• Medição de Nível por Pressão Diferencial– O princípio mais comum de funcionamento dos transmissores de

pressão diferencial do tipo diafragma é o princípio de equilíbrio de forças

– O Medidor de diafragma se baseia na pressão hidrostática. Apresenta uma construção simples sendo recomendado para tanques abertos.uma construção simples sendo recomendado para tanques abertos.

– As pressões são aplicadas através das conexões de entrada do instrumento a duas câmaras situadas em lados opostos separadas por um elemento sensível (diafragma). Estas pressões, atuando sobre o elemento com uma superfície determinada, produzem forças de mesma direção e sentidos opostos, fazendo originar uma força resultante.

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SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL

• Medição de Nível por Pressão Diferencial

– Caso a medição de nível seja realizada em um tanque aberto, a tomada de baixa pressão do transmissor ficará aberta para a atmosfera (figura transmissor ficará aberta para a atmosfera (figura 1).

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• Medição de Nível por Pressão Diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos (Figura 1 abaixo).

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SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL

• Medição de Nível por Pressão Diferencial

– A figura 2 (abaixo) mostra o esquema para a medição de nível do líquido em um tanque fechado, contendo uma fase líquida e outra com fechado, contendo uma fase líquida e outra com pressão de um vapor.

– A tomada superior é conectada ao lado de baixa pressão e a tomada inferior ao lado de alta pressão do transmissor diferencial.

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SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL

• Medição de Nível por Pressão Diferencial em tanques fechados e pressurizados (Figura 2)

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• Medição de nível por pressão diferencial em tanques abertos– Logo, como vimos, o lado de alta pressão do

transmissor de pressão diferencial é ligado à tomada da parte inferior do tanque e o lado de baixa pressão é aberto para a atmosfera.é aberto para a atmosfera.

– Visto também que a pressão hidrostática do líquido é diretamente proporcional ao peso do líquido.

– O transmissor de pressão diferencial é usualmente montado em uma posição que corresponde o nível baixo de medição. Se isto é difícil, ele pode ser montado abaixo do tanque.

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• Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos.

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• Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos.• Supressão de Zero

• Para maior facilidade de manutenção e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor é instalado abaixo do tanque. Outras vezes a falta de plataforma fixadora em torno de um tanque vezes a falta de plataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalação de um instrumento em um plano situado em nível inferior à tomada de alta pressão.

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• Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos.• Supressão de Zero

• Neste caso, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro da tomada de impulso, se o problema não for contornado, o transmissor indicaria um nível superior ao real.o transmissor indicaria um nível superior ao real.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de nível por pressão diferencial em tanques fechados– No tanque fechado os lados de alta e baixa pressão do transmissor são

conectados individualmente por tubos à parte baixa e alta do tanque respectivamente para obter pressão diferencial proporcional ao nível líquido. líquido.

– A tomada da parte de baixo do tanque possui alta pressão.

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• Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados– Para medição em tanques pressurizados, a tubulação de impulso da

parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida da pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de baixa pressão do transmissor de nível, é conectada na tubulação de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do liquido.

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• Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados– Selagem das tomadas de impulso

• Quando o fluido do processo possuir alta viscosidade (densos), ou quando o fluido se condensar nas tubulações de impulso, ou ainda no caso de o fluído ser corrosivo, de impulso, ou ainda no caso de o fluído ser corrosivo, devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulações de impulso das câmaras de baixa e alta pressão do transmissor de nível.

• Selam-se então ambas as tubulações de impulso, bem como as câmaras de alta (H) e baixa (L) pressão do instrumento.

• O líquido normalmente utilizado para selagem das tomadas de impulso é a glicerina ou o silicone líquido devido à sua alta densidade.

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• Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados

– Selagem das tomadas de impulso• Selagem em instrumentação, o sistema utiliza a selagem para

isolar o fluído do processo do seu dispositivo de medição .isolar o fluído do processo do seu dispositivo de medição .

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados

– Elevação de Zero• Na figura abaixo, apresenta-se um sistema de medição de nível

com selagem, no qual pode ser feita a elevação, que consiste em com selagem, no qual pode ser feita a elevação, que consiste em anular-se a pressão da coluna líquida na tubulação de impulso da câmara de baixa pressão do transmissor de nível.

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SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL

• Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados

• Logo, a medição de nível para efeito de controle de processo pode ser feita simplesmente medindo-se a diferença de pressão entre a parte superior e inferior do diferença de pressão entre a parte superior e inferior do tanque onde se encontra o líquido, utilizando-se, para isto, um transmissor de pressão diferencial.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de nível por pressão diferencial em tanques

MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador

– Também se baseia na pressão diferencial medida.

– Neste tipo de medição, um tubo é inserido no líquido em um vaso cujo um gás ou ar é introduzido. Assim, aumenta-se lenta e continuamente a pressão de aumenta-se lenta e continuamente a pressão de suprimento do gás até que se comece a borbulhar.

– No momento em que começa o borbulhamento, a pressão aplicada é exatamente igual à pressão exercida pela coluna liquida. Logo, o borbulhamentonão é intenso.

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• Medição de Nível com Borbulhador– O princípio no qual se baseia este tipo de medição é que

será necessário uma pressão de ar igual à coluna líquida existente no vaso para que o ar vença este obstáculo e consiga escapar pela extremidade inferior do tubo, fazendo o líquido borbulhar.fazendo o líquido borbulhar.

– Na medição é necessário que se possa saber se a pressão exercida pela coluna de líquido está sendo vencida ou não, e isto se torna possível com o escape das bolhas de ar pela ponta imersa no tubo.

– A medição da pressão dentro da tubulação do sistema se faz através de um instrumento receptor que pode ser um manômetro ou qualquer outro instrumento transmissor de pressão.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador

• Com o sistema de borbulhador podemos detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos à distância.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador• Logo, neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gás e

uma pressão ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. Este valor normalmente é ajustado para aproximadamente 20% a mais que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O sistema borbulhador engloba uma válvula-exercida pelo líquido. O sistema borbulhador engloba uma válvula-agulha de ar ou gás, um recipiente com líquido na qual o ar ou gás passará pelo mesmo e um indicador de pressão.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador• Ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de

bolhas em pequenas quantidades. Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso a qual queremos medir seu nível, teremos então um borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido o qual queremos medir o nível. Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, queremos medir o nível. Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um indicador de pressão que indicará um valor equivalente a pressão devido ao peso da coluna líquida. Nota-se que teremos condições de instalar o medidor à distância devido a instalação de um transmissor de pressão.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador

– Quando o nível do líquido sobe ou desce a pressão interna do tubo aumenta ou diminui respectivamente acompanhando o nível. Esta variação de pressão é sentida pelo instrumento variação de pressão é sentida pelo instrumento receptor (transmissor).

– Uma coluna de líquido maior requer, maior pressão de ar para que haja expulsão de bolhas de ar; e para colunas menores, pressões menores de ar.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador– Para termos um bom índice de precisão, é

necessário que o fluxo de ar ou gás seja mantido constante em qualquer situação e para conseguirmos esta condição temos diversas maneiras, seja pela utilização de orifícios de conseguirmos esta condição temos diversas maneiras, seja pela utilização de orifícios de restrição, válvulas-agulha, rotâmetros com reguladores de pressão diferencial, borbulhadores reguláveis, entre outros.

– A válvula-agulha é um dos sistemas mais usados para regular o suprimento de ar ou gás na tubulação.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador

– A - Materiais• O tubo de medição pode ser executado em qualquer

material de acordo com o fluido a ser monitorado. Ele poderá ser de aço inox ou aços especiais materiais poderá ser de aço inox ou aços especiais materiais plásticos como PCV, teflon, etc.

– B - Erros de Calibração• O erro neste tipo de medição é devido somente ao

erro do elemento receptor. O sistema não introduz erros consideráveis desde que convenientemente montado e regulado.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador– C - Recomendações para seleção

• O método do borbulhamento tal como descrito não é indicado para vasos sob pressão, visto que uma variação na pressão do vaso irá afetar a leitura, somando-se à coluna de líquido. Isto faz com que o instrumento receptor acuse nível maior que o realmente existente nos vasos. Sob vácuo ocorre o mesmo. Nestes realmente existente nos vasos. Sob vácuo ocorre o mesmo. Nestes casos deve-se usar um instrumento de pressão diferencial onde uma das tomadas é ligada ao topo do equipamento.

• Os borbulhadores também não são recomendados quando o ar ou gás possa contaminar ou alterar as características do produto.

• O ar utilizado deve ser o ar de instrumentos, seco e isento de óleo, ou qualquer gás inerte.

• O líquido não deve conter sólidos em suspensão e sua densidade deve manter sempre constante.

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MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA

• Medição de Nível com Borbulhador– D - Recomendações para Instalação

• O tubo de medição deve ser instalado firmemente, não permitindo vibrações ou deslocamentos longitudinais. Deve-se cuidar para que equipamentos como agitadores ou serpentinas não interfiram no funcionamento dos borbulhadores.funcionamento dos borbulhadores.

• Deve-se, sempre que possível, instalá-lo em um ponto onde as variações de nível por ondulação da superfície sejam mínimas e onde é possível instalar quebra-ondas.

• A extremidade do tubo imersa no líquido deve ter um corte em ângulo ou um chanfro triangular conforme a figura, com a finalidade de formar bolhas pequenas, garantindo uma pressão no interior do tubo o mais estável possível.

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