Prof. Saulo Garcia Campos 1
Medio de Variveis de
Processo
Nvel
Prof. Saulo Garcia Campos 2
1 - Introduo
Prof. Saulo Garcia Campos 3
1 - Introduo
A medio de nvel definida como a determinao da posio de uma interface
entre dois meios.
Usualmente, um destes meios lquido, mas eles podem ser slidos ou a
combinao de um slido e um lquido.
A interface pode ser entre um lquido e um gs ou vapor, dois lquidos, ou entre um
slido e um gs.
Prof. Saulo Garcia Campos 4
1 - Introduo
Existe uma grande variedade de sistemas de medio de nvel, cada um com suas vantagens e limitaes.
A seleo do sistema de medio a ser utilizado dever considerar as caractersticas especficas da aplicao, o tipo de produto cujo nvel se quer medir, a preciso desejada, custos e demais restries existentes.
Devido aumento de custos das matrias-primas e materiais intermedirios e das novas exigncias de preciso nas medies realizadas, nos ltimos anos foram desenvolvidos diversos tipos de instrumentos de medio de nvel, com preciso chegando a 0,5 mm.
Os instrumentos de medio de nvel podem ser classificados, pela forma como medem o nvel, em instrumentos de medida direta e inferencial.
Prof. Saulo Garcia Campos 5
1 - Introduo
1.1 Instrumentos de Medida Direta Medem diretamente a distncia entre o nvel
do produto que se quer medir e um referencial previamente definido.
A medida direta desta distncia pode ser feita, pela observao direta, atravs da comparao com uma escala graduada (trenas), ou pela determinao da posio de um flutuador, sobre a superfcie do produto que se quer medir, ou pela reflexo de ondas ultra-snicas ou eletromagnticas (radar) pela superfcie do produto.
Prof. Saulo Garcia Campos 6
1 - Introduo
1.2 Instrumentos de Medida Inferencial
Determinam a posio da superfcie livre do produto cujo nvel se quer medir, atravs da
medida de outra grandeza fsica a ela
relacionada.
Nesta classe, incluem-se os instrumentos que medem o nvel atravs da medida da presso
da coluna hidrosttica desenvolvida por um
lquido ou, ainda, os que medem atravs da
variao de peso do equipamento que
contm o produto cujo nvel se quer medir.
Prof. Saulo Garcia Campos 7
1 - Introduo
1.3 Medio Descontnua
Na medio descontinua, tem-se a indicao apenas quando o nvel atinge certos pontos
especificados, como por exemplo, condies
de alarmes de nvel alto ou baixo.
Prof. Saulo Garcia Campos 8
TIPO
DE
INSTRUMENTO
CHAVE DE
NVEL
MEDIO CONTNUA
INDICAOTRANSMISSO/
CONTROLE
Visor de Nvel R E R B R
Bia/Flutuador E R R B R R B R R
Empuxo E B E B
Presso Hidros. B R R R B R R B R R
Borbulhador R R B R B R B R B R
Cl. Carga R B R B B B R B
Ultrasom B R B B B R R E
Radiao B B E R E E R B E B R B R
Capacitivo B B R B R R R R B B R B
Condutividade R R R
Ps Rotativas B
Lminas Vibrat. B B E B
Deteco Trm. B R R R B R R R
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 - Lquidos limpos
2 - Lquidos com
espuma
3 - Interface
4 - Polpas
5 - Slidos
E - Excelente (sem restries de uso)
B - Bom (com restries de uso)
R - Regular (poucas aplicaes)
1 - Introduo
Prof. Saulo Garcia Campos 9
2 - Visores de Nvel
Prof. Saulo Garcia Campos 10
2 - Visores de Nvel
Os visores de nvel se destinam exclusivamente monitorao do nvel de lquidos ou da interface entre
dois lquidos imiscveis em vasos, colunas, reatores,
tanques, etc., submetidos ou no presso.
Devido ao seu baixo custo, quando comparados com outros tipos de instrumentos, os visores so
aplicados na quase totalidade dos casos de
monitorao local de nvel, no sendo empregados
somente nos casos onde a presso e/ou temperatura
sejam excessivas e impeam a sua utilizao.
Devido s suas caractersticas construtivas os visores de nvel so de fcil manuteno, sendo
construdos de maneira a oferecer segurana na
operao.
Prof. Saulo Garcia Campos 11
2 - Visores de Nvel
2.1 Visores de Vidro Tubular
Prof. Saulo Garcia Campos 12
2 - Visores de Nvel
2.1 Visores de Vidro Tubular
Os visores de vidro tubular normalmente so fabricados com tubos de vidro reto, utilizando
paredes com espessura adequada a cada aplicao.
Estes tubos de vidro so fixados entre duas vlvulas de bloqueio de desenhos especial, atravs de unio e
juntas de vedao apropriadas a cada especificao
de projeto.
O comprimento, o dimetro e a espessura do tubo de vidro iro depender das condies de presso e
temperatura a que estar submetido o visor.
Prof. Saulo Garcia Campos 13
2 - Visores de Nvel
2.1 Visores de Vidro Tubular Devido s suas caractersticas construtivas, deve-se
ressaltar que este tipo de visor no suporta altas presses, nem altas temperaturas, bem como apresentam alta probabilidade de quebra do vidro por choque externo.
Para proteo do tubo de vidro contra eventuais choques externos, so fornecidas, montadas no visor, hastes protetoras metlicas colocadas em torno do tubo de vidro ou com tubos ou chapas plsticas envolvendo o tubo de vidro.
No se recomenda o uso do visor de vidro tubular com lquidos txicos, inflamveis ou corrosivos.
So recomendados para uso em processos que no apresentam presses superiores a 2,0 bar e em temperaturas que no excedam em muito os 100 C.
Prof. Saulo Garcia Campos 14
2 - Visores de Nvel
2.1 Visores de Vidro Tubular
O Comprimento do tubo de vidro no dever exceder os 750 mm.
Caso seja necessrio cobrir faixas de variao de nvel maiores, recomenda-se
utilizar dois ou mais visores em sobreposio
das faixas visveis, a no ser que o fludo seja
inofensivo, trabalhe com baixa presso e
baixa temperatura e no coloque em perigo
outros equipamentos instalados nas
proximidades.
Prof. Saulo Garcia Campos 15
2 - Visores de Nvel
2.1 Visores de Vidro Tubular
Prof. Saulo Garcia Campos 16
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
Prof. Saulo Garcia Campos 17
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
Os visores de vidro plano substituram, ao longo dos anos, a quase totalidade dos
visores de vidro tubular.
Esse fato decorre da inerente falta de segurana apresentada pelos visores de vidro
tubular em aplicaes com presses e/ou
temperaturas elevadas.
Os visores de vidro plano tm o aspecto mostrado na figura abaixo.
Prof. Saulo Garcia Campos 18
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
So compostos de um ou vrios mdulos, onde se fixam barras planas de vidro. Estes mdulos so
conhecidos como sees dos visores.
Cada seo apresenta uma altura variando de 100 a 350 mm e, dependendo da altura do nvel a ser
medido, os visores podem ser compostos de vrias
sees (visor multisseo).
Contudo, recomenda-se que cada visor tenha, no mximo, quatro sees. Ultrapassando esse limite, o
peso da unidade torna-se excessivo e o visor pode
deixar de ser auto-sustentvel, necessitando de
suportes adicionais.
Prof. Saulo Garcia Campos 19
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
Caso sejam previstas variaes amplas na temperatura do fluido, o visor dever ser
provido com loops de expanso, para
possibilitar a dilatao ou contrao
resultantes.
Quando a altura do nvel a ser medido exigir um nmero de sees que ultrapasse o limite
sugerido (quatro sees), devero ser
instalados visores adicionais sobrepostos.
Prof. Saulo Garcia Campos 20
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
A principal desvantagem dos visores multissees, so as regies de no
visibilidade entre sees adjacentes, que
medem tipicamente 38 mm.
A especificao dos materiais das diversas partes do visor de vidro plano dependem da
aplicao (temperatura, presso, tipo de
fludo, etc.).
Prof. Saulo Garcia Campos 21
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
Prof. Saulo Garcia Campos 22
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano Vidro (4): de borossilicato temperado, capaz de suportar
choques trmicos e mecnicos. Devido sua prrpia natureza, no dever receber qualquer esforo que resulte em flexo.
Corpo do Visor (2): A cmara por onde passa o fluido geralmente fabricada em ao carbono usinado. Para aplicaes com fluidos corrosivos ou alta presso dever ser utilizado ao inoxidvel (AISI 304 ou 316).
Espelho (6): A tampa frontal, que deve suportar altas tenses, usualmente fabricada em ferro nodular ou ao carbono/inoxidvel (para presses mdias e elevadas).
Parafusos e Porcas (1 e 7): Os parafusos de fixao e porcas so, normalmente, em ao ASTM-A-193 Gr. B7 e A194 Gr. 2H, respectivamente.
Juntas (3 e 5): As juntas de vedao so em papelo hidrulico e as juntas almofadas so de amianto (grafitado).
Prof. Saulo Garcia Campos 23
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
2.2.a Visor de vidro plano tipo reflex
O vidro do visor plano reflex liso na face externa e possui ranhuras prismticas normais, no sentido longitudinal do
visor, na face que tem contato com o lquido, cujo nvel se
quer medir.
Seu funcionamento baseia-se na lei da tica da reflexo da luz.
Os raios de luz normais face do visor atingem a superfcie do prisma com um ngulo de 45, sofrendo reflexo total, no
caso da regio do visor onde no existe lquido, pois o
ngulo crtico ultrapassado (para a superfcie vidro-gua
de 62), conseqentemente , possvel se ver a superfcie
interna da cmara do visor, que, para dar maior
contrate/visibilidade, geralmente pintada na cor preta.
Prof. Saulo Garcia Campos 24
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
2.2.a Visor de vidro plano tipo reflex
Os visores reflex no dever utilizados nas seguintes aplicaes:
Fluidos corrosivos ao vidro (inclui-se vapor dgua saturado a presses superiores a 30 bar);
Fluidos viscosos;
Iluminao insuficiente no local de instalao;
Deteco da interface de dois lquidos no miscveis.
A principal vantagem do visor reflex sobre o visor transparente decorre da necessidade de somente um vidro.
Assim, os visores reflex suportam presses mais elevadas,
possuem menor nmero de juntas e so mais baratos que os
visores transparentes.
Prof. Saulo Garcia Campos 25
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano
2.2.a Visor de vidro plano tipo reflex
GSLQUIDO
VIDRO
VIDRO
Prof. Saulo Garcia Campos 26
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano 2.2.b Visor de vidro plano tipo
transparente Utiliza dois vidros transparentes.
Um dos vidros localiza-se na parte posterior do visor e outro na parte anterior.
Os dois vidros permitem a transparncia do visor luz.
O raio luminoso entrar por um dos vidros e ser absorvido, parcial ou totalmente, pelo fluido no interior do visor.
A parte com vapor ou ar absorver menos luz que a parte com lquido, proporcionando, assim, um contrate ao observador.
Prof. Saulo Garcia Campos 27
2 - Visores de Nvel
2.2 Visores de Vidro Plano 2.2.b Visor de vidro plano tipo
transparente Para melhorar a visibilidade, pode-se dotar o visor
com lmpadas iluminadoras, localizadas na parte posterior do visor.
Os visores transparentes pode ser utilizados: Em aplicaes com fluidos coloridos, viscosos ou
corrosivos ao vidro.
superviso da interface entre dois lquidos de cores diferentes.
Quando o fluido no interior do visor for corrosivo ao vidro. Neste caso faz-se necessrio a instalao de um material transparente protetor (normalmente mica ou Kel-F) entre o vidro e a junta de vedao.
Prof. Saulo Garcia Campos 28
2 - Visores de Nvel
2.3 Visores de Vidro Bicolores
Os visores de vidro bicolores objetivam melhorar a visibilidade utilizando a diferena
no ndice de refrao da luz na gua e no
vapor.
O ndice de refrao no vapor muito pequeno, consequentemente a luz percorre
uma linha reta ao atravess-lo.
Prof. Saulo Garcia Campos 29
2 - Visores de Nvel
2.3 Visores de Vidro Bicolores
Lmpadas emitem luz que passam atravs de filtros coloridos (verde e vermelho).
O trajeto percorrido pelos raios de luz at atingirem o observador dependem do ndice de refrao das
interfaces vidro-mica-vapor ou vidro-mica-gua.
Quando a luz atravessa as sees com gua, os raios verdes posicionam-se na linha de viso do
operador, enquanto que os raios de cor vermelha so
redirecionados (pela refrao) e no atingem o
operador. Para as sees com vapor, a situao
inversa e operador v somente a luz vermelha.
Prof. Saulo Garcia Campos 30
2 - Visores de Nvel
2.3 Visores de Vidro Bicolores
Este efeito mais pronunciado em baixas temperaturas devido a ampla diferena de densidade
e, por conseguinte, do ndice de refrao, entre o
vapor e a gua.
Em temperaturas elevadas, o grau de separao da luz torna-se menos delineado e so necessrios
ajustes para melhorar a visibilidade.
O campo visual do visor pode ser transmitido a distncia, atravs da combinao de espelhos ou
pela utilizao de fibra tica ou cmeras de TV.
Prof. Saulo Garcia Campos 31
2 - Visores de Nvel
2.3 Visores de Vidro Bicolores
Prof. Saulo Garcia Campos 32
3 - Medio de Nvel por
Empuxo
Prof. Saulo Garcia Campos 33
3 - Medio de Nvel por Empuxo
Existem dois tipos de sensores de nvel cuja operao baseada no princpio do empuxo.
Estes sensores so conhecidos como flutuador
e deslocador.
Baseia-se no princpio de Arquimedes:
Todo o corpo mergulhado em um fludo sofre a ao de uma fora vertical dirigida de baixo para
cima igual ao peso do volume do fluido
deslocado.
A esta fora exercida pelo fluido do corpo nele submerso ou flutuante chamamos de empuxo.
Prof. Saulo Garcia Campos 34
3 - Medio de Nvel por Empuxo
E = V
Onde:
E = empuxo;
V = volume deslocado;
= peso especfico do lquido.
Prof. Saulo Garcia Campos 35
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1 Dispositivos do tipo flutuador (ou bia)
Prof. Saulo Garcia Campos 36
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1 Dispositivos do tipo flutuador (ou bia)
O termo flutuador designar qualquer elemento que acompanhe a altura (nvel) do lquido.
Flutuadores esfricos, em ao inoxidvel, so os mais utilizados, por ser o ao inoxidvel um material no absorvente, o que elimina variaes de flutuabilidade, por possuir boa resistncia mecnica e corroso e tambm pelo formato esfrico fornecer a mxima fora de flutuao para o peso utilizado.
Prof. Saulo Garcia Campos 37
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1 Dispositivos do tipo flutuador (ou bia)
Sistema de foras aplicado sobre o flutuador:
FR = P E
Onde:
FR = fora resultante;
P = peso;
E = empuxo sofrido pelo flutuador.
Para que no haja atraso na medio ou no controle do nvel, a fora resultante deve ser suficiente para
vencer os atritos do sistema e restaurar, com rapidez,
o flutuador sua nova posio de equilbrio.
Prof. Saulo Garcia Campos 38
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.a Medidores Flutuador-Haste
Estes medidores caracterizam pelo conjunto flutuador e haste que, ao acompanharem o nvel do lquido, transmitem
um movimento giratrio a um grupo de engrenagens que,
por sua vez, fazem girar um eixo acoplado, mecnica ou
magneticamente a um ponteiro, em um mostrador calibrado
em altura ou porcentagem do nvel mximo do tanque.
Neste tipo de medidor, o mximo deslocamente do flutuador dado por:
H = 2 L sen (/2)
Para = 60, tem-se:
Hmx = L
Neste tipo de medidor, mecanicamente, a variao mxima do nvel a ser medido est limitada ao comprimento da haste
(L).
Prof. Saulo Garcia Campos 39
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.a Medidores Flutuador-Haste
Prof. Saulo Garcia Campos 40
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.b Medidores Flutuador-Cabo
Estes medidores tem como princpio bsico de funcionamento o deslocamento linear de um cabo
que tem uma das extremidades fixada ao flutuar e
a outra fixada a um dispositivo de indicao.
O tipo de cabo (fio, fita perfurada, corrente, etc.) e o dispositivo de indicao variam de fabricante
para fabricante, sendo os mais utilizados:
Rgua externa graduada;
Mostrador mecnico.
Prof. Saulo Garcia Campos 41
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.b Medidores Flutuador-Cabo
3.1.b.1 Rgua externa graduada
Uma das extremidades do cabo fixada ao flutuador ou ao teto do tanque e a outra extremidade fixada em um
cursor que desliza sobre uma rgua, graduada na
unidade de comprimento desejada (centmetros, metros,
etc.) e permite a leitura local do nvel.
O cabo desliza, por dentro de tubos, sobre roldanas, e mantido sob tenso constante pelo peso do cursor.
O flutuador guiado por cabos-guia, que evitam medies incorretas devido ao deslocamento horizontal
do flutuador, causado por turbulncia no lquido.
Prof. Saulo Garcia Campos 42
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.b Medidores Flutuador-Cabo
3.1.b.1 Rgua externa graduada
Os cabos-guias so presos no fundo do tanque e so tensionados por molas instaladas no topo do tanque.
Este medidor utilizado em aplicaes simples na indstria, por ser um sistema mecnico de baixo custo,
bom para indicao local do nvel de tanques que
armazenam lquidos limpos e no volteis. Lquidos
viscosos ou com impurezas tendem a alterar o peso do
flutuador e emperrar o seu movimento.
Prof. Saulo Garcia Campos 43
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.b Medidores Flutuador-Cabo
3.1.b.1 Rgua externa graduada
Prof. Saulo Garcia Campos 44
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.b Medidores Flutuador-Cabo
3.1.b.2 Mostrador mecnico
As dificuldade de locao e de leitura causadas pelo comprimento da rgua graduada podem ser sanadas
com a utilizao de mostradores mecnicos.
Nestes medidores, uma das extremidades do cabo presa ao flutuador e a outra presa a uma mola plana,
de ao inoxidvel, que o mantm tensionado.
Normalmente, neste tipo de aplicao em lugar do cabo utiliza-se uma fita perfurada, que atua sobre uma
engrenagem, acionando um mecanismo de indicao,
que pode ser tanta um ponteiro como um contador
mecnico.
Prof. Saulo Garcia Campos 45
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.1.b Medidores Flutuador-Cabo
3.1.b.2 Mostrador mecnico
Prof. Saulo Garcia Campos 46
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2 Dispositivo do tipo deslocador
Prof. Saulo Garcia Campos 47
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2 Dispositivo do tipo deslocador
O deslocador, comumente utilizado como sensor de transmissores de nvel tem a forma
de um cilindro oco, fabricado de materiais
como ao inox 304 ou 316, monel, hastelloy,
teflon slido, etc.
A escolha do material do deslocador determinada, principalmente, pela
temperatura e corrosividade do fluido cujo
nvel se deseja medir.
Prof. Saulo Garcia Campos 48
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2 Dispositivo do tipo deslocador
Se necessrio, so depositados contrapesos granulados no interior do cilindro, a fim de ajustar o
peso do deslocador.
Para se calcular o esforo ao qual estar submetido o elemento de sustentao, basta se subtrair do peso
real do deslocador o empuxo aplicado sobre ele,
resultando no peso aparente do deslocador.
Como o empuxo sobre o deslocador aumenta com o percentual de imerso, o peso aparente do
deslocador se reduz medida que o nvel aumenta.
Prof. Saulo Garcia Campos 49
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2 Dispositivo do tipo deslocador
Prof. Saulo Garcia Campos 50
0
1
2
3
0
1
2
3
0
1
2
33 LB 2 LB 1 LB
2,25 M
14"COMP
7" NIVELD`AGUA
14" NIVELD`AGUA
Variao do Pap no Medidor Contnuo
P ap. = W - EPap = P E
A
Nvel de gua - 0
B
gua Deslocada
Peso = 1LB
C
gua Deslocada
Peso = 2LB
3 - Medio de Nvel por Empuxo
Prof. Saulo Garcia Campos 51
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.a O Instrumento Displacer O tubo de torque constitui-se de um tubo oco,
fechado em uma das extremidades.
Quando o nvel desce, o deslocador tende a movimentar-se para baixo, devido ao acrscimo do seu peso aparente.
Como a extremidade oposta quela em que se aplica a solicitao est imobilizada (extremidade B), desenvolve-se uma contoro ao longo do tubo de torque.
Esta contoro equivale distenso de uma mola, que equilibra o esforo que lhe aplicado atravs de uma reao proporcional deformao linear sofrida.
Prof. Saulo Garcia Campos 52
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.a O Instrumento Displacer
Da mesma forma, o ngulo que gira a extremidade livre do tubo de torque e proporcional ao momento com que reage o
tubo de torque em resposta ao acrscimo do peso aparente.
Como a variao do peso aparente proporcional variao de nvel, segue-se que a rotao da extremidade livre do
tubo de torque proporcional variao de nvel.
Esta rotao transmitida integralmente ao conversor atravs do eixo de transmisso de rotao e convertida em
um sinal eltrico proporcional pelo conjunto rotor/estator.
A movimentao do deslocador insignificante, da ordem de 1 mm.
Prof. Saulo Garcia Campos 53
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.a O Instrumento Displacer
Prof. Saulo Garcia Campos 54
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.a O Instrumento Displacer
Prof. Saulo Garcia Campos 55
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.b Instrumento Tipo Deslocador
Utilizando Mola Balanceadora O instrumento tipo deslocador, utilizando mola balanceadora,
apresenta um comportamento dinmico muito semelhante ao
do instrumento tipo displacer, j que a movimentao do
deslocador, em ambos os casos, resulta da interao do
efeito elstico do elemento de sustentao com o empuxo
aplicado sobre o deslocador.
Entretanto, neste caso, o elemento de sustentao efetivamente uma mola, com constante de elasticidade
significativamente menor que a do tubo de torque.
Em conseqncia, a amplitude da excurso total do deslocador na construo do tipo mola balanceadora
muitas vezes maior que no tipo displacer, tipicamente da
ordem de 20 a 30 mm.
Prof. Saulo Garcia Campos 56
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.b Instrumento Tipo Deslocador
Utilizando Mola Balanceadora O acoplamento composto pela haste no-magntica e pela
esfera ferromagntica por um lado e pelo magneto e brao
de transmisso pelo outro lado.
Quando o nvel varia, o deslocador e a esfera acompanham essa variao.
Do lado externo do elemento de vedao encontra-se o magneto, mecanicamente solidrio ao brao de transmisso
e magneticamente acoplada esfera.
Quando a esfera se movimenta, o magneto fora o brao de transmisso a acompanh-la. O desvio do brao de
transmisso, que proporcional variao do nvel, estimula
o conversor, que produz um sinal de sada correspondente.
Prof. Saulo Garcia Campos 57
3 - Medio de Nvel por Empuxo
3.2.b Instrumento Tipo Deslocador
Utilizando Mola Balanceadora
Prof. Saulo Garcia Campos 58
4 - Dispositivos do Tipo
Presso Diferencial
Prof. Saulo Garcia Campos 59
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.1 Princpio de Funcionamento
No caso de medio de nvel utilizando-se dispositivos do tipo presso diferencial,
mede-se a presso da coluna lquida,
desenvolvida pelo lquido confinado dentro do
equipamento cujo nvel se deseja medira.
A medio da coluna lquida (hidrosttica) feita utilizando-se transmissor de presso
diferencial, conectando-se as tomadas do
instrumento diretamente ao equipamento cujo
nvel se deseja medir.
Prof. Saulo Garcia Campos 60
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.1 Princpio de Funcionamento
O valor da presso exercida pela coluna lquida, cujo valor medido pelo transmissor
de presso diferencial, dado por:
P = h
Onde:
P = presso;
= densidade do lquido;
h = altura da coluna lquida.
Prof. Saulo Garcia Campos 61
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.1 Princpio de Funcionamento
Considerando-se que, usualmente, a densidade do lquido conhecida e no varia
de forma substancial, o nvel (altura da coluna
lquida) pode ser medido de forma inferencial,
utilizando-se dispositivos do tipo presso
diferencial.
Assim tem-se:
Ph =
Prof. Saulo Garcia Campos 62
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
Prof. Saulo Garcia Campos 63
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2 Instalao
4.2.a Medio indireta utilizando transmissor de presso diferencial em tanques abertos
4.2.b Medio indireta utilizando transmissor de presso diferencial em tanques fechados
4.2.c Supresso de zero
4.2.d Elevao de zero
Prof. Saulo Garcia Campos 64
POR PRESSO (HIDROSTTICA OU P)
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
P = h. dr
Clculo do Range:
P = Ph Pl
Pl = 0 (Patm)
Nvel (0%): P = 0 (4 mA)
Nvel (100%): P = h . d (20 mA)
LQUIDOh
HI LO
dr
4.2.a Medio indireta utilizando transmissor de presso diferencial em tanques abertos
Prof. Saulo Garcia Campos 65
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2.b Medio indireta utilizando transmissor de presso diferencial em tanques fechados
Neste tipo de medio, a tubulao de impulso da parte de baixo do tanque conectada cmara de alta presso do transmissor de nvel.
A presso atuante na cmara de alta a soma da presso
exercida sob a superfcie do lquido e a presso exercida pela coluna de lquido no fundo do reservatrio.
A cmara de baixa presso do transmissor de nvel conectada na tubulao de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente a presso exercida sob a superfcie do lquido.
Prof. Saulo Garcia Campos 66
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2.b Medio indireta utilizando transmissor de presso diferencial em tanques fechados
LQUIDOh
HI LO
GS
y
Clculo do Range:
Nvel (0%):
P = Ph - Pl
P = 0 - (y . dselo)
P = - (y . dselo) (4 mA)
Nvel (100%):
P = Ph - Pl
Pl = y . dseloPh = h . dlquidoP = h . dlquido - y . dselo (20 mA)
Prof. Saulo Garcia Campos 67
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2.c Supresso de zero
Para maior facilidade de manuteno e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor
instalado abaixo do tanque.
Outras vezes a falta de plataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalao
de um instrumento em um plano situado em nvel
inferior base do tanque.
Em ambos os casos, uma coluna lquida se formar com a altura do lquido dentro da tomada
de impulso, se o problema no for contornado, o
transmissor indicaria um nvel superior ao real.
Prof. Saulo Garcia Campos 68
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2.c Supresso de zero
LQUIDOh
HI LOClculo do Range:
P = Ph - Pl
Pl = 0 (Patm)
Nvel (0%): P = y . dr (4 mA)
Nvel (100%): P = (h + y) . dr (20 mA)
y
dr
Prof. Saulo Garcia Campos 69
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2.d Elevao de Zero
Prof. Saulo Garcia Campos 70
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
4.2.d Elevao de Zero Quando o fludo do processo possuir alta
viscosidade, ou quando o fludo se condensa nas tubulaes de impulso, ou ainda no caso do fludo ser corrosivo, devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaes de impulso, das cmaras de baixa e alta presso do transmissor de nvel.
Selam-se ento ambas as tubulaes de impulso, bem como as cmaras do instrumento.
Na figura acima, apresenta-se um sistema de medio de nvel com selagem, no qual deve ser feita a elevao, que consiste em anular-se a presso da coluna lquida na tubulao de impulso da cmara de baixa presso do transmissor de nvel.
Prof. Saulo Garcia Campos 71
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
Exerccio 1
a) Quando o nvel estiver em 0%:
P0% = h dP0% = 1000 1,2P0% = 1200 mmH2O
b) Quando o nvel estiver em 100%:
P100% = h dP100% = (2000 + 1000) 1,2P100% = 3000 1,2P100% = 3600 mmH2O
Prof. Saulo Garcia Campos 72
4 - Dispositivos do Tipo Presso Diferencial
Exerccio 2
a) Quando o nvel estiver em 0%:
P0% = PH PLP0% = ( hH dH ) ( hL dL )P0% = ( 800 1 ) ( 2800 1 )P0% = ( 800 ) ( 2800 )
P0% = 2000 mmH2O
b) Quando o nvel estiver em 100%:
P100% = PH PLP100% = [ ( hCLP dCLP ) + ( hH dH ) ] ( hL dL )P100% = [(2000 2) + (800 1)] (2800 1) P100% = [ ( 4000 + 800 ) ] ( 2800 ) P100% = 4800 2800P100% = 2000 mmH2O
Prof. Saulo Garcia Campos 73
5 - Medio de Nvel com
Borbulhador
Prof. Saulo Garcia Campos 74
5 - Medio de Nvel com Borbulhador
Com o sistema de borbulhador podemos detectar o nvel de lquidos viscosos, corrosivos,
bem como de quaisquer lquidos distncia.
Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gs e uma presso ligeiramente
superior mxima presso hidrosttica exercida
pelo lquido.
Este valor normalmente ajustado para aproximadamente 20% a mais que a mxima
presso hidrosttica exercida pelo lquido.
Prof. Saulo Garcia Campos 75
5 - Medio de Nvel com Borbulhador
O sistema borbulhador engloba uma vlvula agulha, um recipiente com lquido na qual o ar ou gs passar pelo mesmo e um indicador de presso.
Ajustamos a vazo de ar ou gs at que se observe a formao de bolhas em pequenas quantidades.
Um tubo levar esta vazo de ar ou gs at o fundo do vaso a qual queremos medir seu nvel, teremos ento um borbulhamento bem sensvel de ar ou gs no lquido o qual queremos medir o nvel.
Na tubulao pela qual fluir o ar ou gs, instalamos um indicador de presso que indicar um valor equivalente presso devido ao peso da coluna lquida.
Prof. Saulo Garcia Campos 76
5 - Medio de Nvel com Borbulhador
Nota-se que teremos condies de instalar o medidor distncia.
Prof. Saulo Garcia Campos 77
6 - Medio de Nvel com
Raios Gamas
Prof. Saulo Garcia Campos 78
6 - Medio de Nvel com Raios Gamas
Os medidores que utilizam radiaes nucleares se distinguem pelo fato de serem
completamente isentos do contato com os
produtos que esto sendo medidos.
Alm disso, dispensando sondas ou outras tcnicas que mantm contato com slidos ou
lquidos tornando-se possvel, em qualquer
momento, realizar a manuteno desses
medidores, sem a interferncia ou mesmo a
paralisao do processo.
Prof. Saulo Garcia Campos 79
6 - Medio de Nvel com Raios Gamas
Dessa forma os medidores que utilizam radiaes podem ser usados para indicao e controle de materiais de manuseio extremamente difceis e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob presses elevadas ou de alta viscosidade.
O sistema de medio por raios gamas consiste em uma emisso de raios gama montado verticalmente na lateral do outro lado do tanque ter uma cmara de ionizao que transforma a radiao Gama recebida em um sinal eltrico de corrente contnua.
Como a transmisso dos raios inversamente proporcional altura do lquido do tanque, a radiao captada pelo receptor inversamente proporcional ao nvel do lquido do tanque, j que o material bloquearia parte da energia emitida.
Prof. Saulo Garcia Campos 80
FONTE DERADIAO
AMPLIFICADOR INDICADOR
SENSORGEIGER
6 - Medio de Nvel com Raios Gamas
Prof. Saulo Garcia Campos 81
7 - Medio de Nvel
Capacitivo
Prof. Saulo Garcia Campos 82
7 - Medio de Nvel Capacitivo
A capacitncia uma grandeza eltrica que existe entre duas superfcies condutoras isoladas entre si.
O medidor de nvel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado pelo eletrodo submergido no lquido em relao s paredes do tanque.
A capacidade do conjunto depende do nvel do lquido.
O elemento sensor, geralmente uma haste ou cabo flexvel de metal. Em lquidos no condutores se empregam eletrodos normais, em fludos condutores o eletrodo isolado normalmente com teflon.
Prof. Saulo Garcia Campos 83
7 - Medio de Nvel Capacitivo
medida que o nvel do tanque for aumentando o valor da capacitncia aumenta progressivamente medida que o dieltrico ar substitudo pelo dieltrico lquido a medir.
A capacitncia convertida por um circuito eletrnico numa corrente eltrica sendo este sinal indicado em um medidor.
A medio de nvel por capacitncia tambm pode ser feita sem contato, atravs de sondas de proximidade.
A sonda consiste de um disco compondo uma das placas do capacitor. A outra placa a prpria superfcie do produto ou a base do tanque.
Prof. Saulo Garcia Campos 84
7 - Medio de Nvel Capacitivo
Prof. Saulo Garcia Campos 85
8 - Dispositivos do Tipo
Ultra-snico
Prof. Saulo Garcia Campos 86
8 - Dispositivos do Tipo Ultra-snico
8.1 Aplicao Os dispositivos do tipo ultra-snico podem ser
usados para a deteco contnua de nvel, alm de poderem atuar como sensores de nvel pr-determinado (chave de nvel).
Os dispositivos do tipo ultra-snico destinados deteco contnua de nvel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalao, ou seja, os transdutores podem ser instalados no topo do equipamento sem contato com o produto, ou instalados totalmente submersos no produto.
Prof. Saulo Garcia Campos 87
8 - Dispositivos do Tipo Ultra-snico
8.2 Princpios Fsicos O ultra-som uma onda sonora, cuja freqncia de
oscilao maior que aquela sensvel pelo ouvido humano, isto , acima de 20 Khz.
A gerao ocorre quando uma fora externa excita as molculas de um meio elstico, esta excitao transferida de molcula a molcula do meio, com uma velocidade que depende da elasticidade e inrcia das molculas. A propagao do ultra-som depende, portanto, do meio.
Dependendo do meio, faremos a distino da propagao nos slidos, lquidos e gases.
Assim sendo, a velocidade do som a base para a medio atravs da tcnica de eco, usada nos dispositivos ultrassnicos.
Prof. Saulo Garcia Campos 88
8 - Dispositivos do Tipo Ultra-snico
8.3 Gerao do Ultra-som As ondas de ultra-som so geradas e captadas pela
excitao eltrica de materiais piezoeltricos.
A caracterstica marcante dos materiais piezoeltricos produo de uma freqncia quando aplicamos uma tenso eltrica. Assim sendo, eles podem ser usados como gerador de ultra-som, compondo, portanto, os transmissores.
Inversamente, quando se aplica uma fora em um material piezoeltrico, ou seja, quando ele recebe um sinal de freqncia, resulta o aparecimento de uma tenso eltrica no seu terminal. Nesta modalidade, o material piezoeltrico usado como receptor do ultra-som.
Prof. Saulo Garcia Campos 89
8 - Dispositivos do Tipo Ultra-snico
Prof. Saulo Garcia Campos 90
9 - Dispositivos do Tipo
Radar
Prof. Saulo Garcia Campos 91
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.1 Princpio de Operao
O sinal de radar emitido por uma antena, que reflete na superfcie do produto, e retorna novamente
depois de um intervalo de tempo que proporcional a
distancia entre a antena e a superfcie do produto.
O sinal gerado por um sistema chamado FMCW ( Frequency Modulated Continuous Wave ).
Esta freqncia gerada da ordem de 8,5 a 9,9 Ghz.
9.2 Aplicao
Serve para medir distncia, nvel, volume, lquidos com espumas, tanques de armazenamento com
agitadores etc.
Prof. Saulo Garcia Campos 92
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada O Transmissor de Nvel por Onda Guiada possui
tecnologia baseada no princpio da Reflectometria no Domnio do Tempo (TDR), muito utilizado para medio de constantes dieltricas de lquidos, deteco de fissuras em grandes estruturas na construo civil, medio de concentrao de solues e umidade do solo na agricultura e, entre outras aplicaes, para medio direta de nveis em processos industriais.
Atravs de um gerador de radiofreqncia localizado no interior do equipamento, pulsos eletromagnticos so emitidos atravs de uma sonda em contato com o processo cujo nvel deseja-se medir.
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada
As ondas, ao entrarem em um meio com constante dieltrica diferente, retornam pela sonda graas
mudana da impedncia desse meio. Este parmetro
diretamente relacionado com a constante dieltrica
do processo, sendo, portanto, fator decisivo na
qualidade da reflexo da onda.
Com um software dedicado, o Transmissor de Nvel por Onda Guiada calcula continuamente o tempo de
reflexo das ondas, dadas as condies geomtricas
da aplicao (como formato do tanque e zonas de
utilizao da sonda).
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada
9.3.2 Caractersticas
Tecnologia de medio de nvel baseada no princpio TDR (Time Domain Reflectometry);
Independe de variaes de densidade e/ou temperatura;
Medies no afetadas por viscosidade, gravidade, gases no interior dos reservatrios e turbulncia no processo;
Fcil instalao e manuteno;
Exatido de 7 mm;
Excelente repetibilidade;
Configurao remota via configurador HART ou por ajuste local;
Clculo de volume por linearizao de tanques irregulares.
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada
O Transmissor de Nvel por Onda Guiada utiliza sondas do tipo coaxial, flexvel simples,
flexvel dupla, rgida simples e rgida dupla,
permitindo maior flexibilidade ao usurio,
dependendo das caractersticas de aplicao.
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada
Tipos de Sonda: Haste Simples: para faixa de medio de at
8m,com processo de alta constante dieltrica (forte presena de gua); instalaes em vasos comunicantes; instalaes alimentcias polida e com conexo tri-clamp;
Haste Dupla: para faixa de medio de at 8m com processo cuja constante dieltrica relativamente baixa, como produtos com pouca presena de gua (exemplo: gros constantemente midos).
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada
Tipos de Sonda:
Cabo Simples: para faixa de medio maiores, at 14m, em processo de alta constante dieltrica
(forte presena de gua) e situaes de
turbulncia que exijam maior flexibilidade a
esforos mecnicos da sonda.
Cabo Duplo: para faixa de medio maiores, at 14m, em processo cuja constante dieltrica seja
relativamente baixa.
9 - Dispositivos do Tipo Radar
9.3 - Transmissor de Nvel por Onda Guiada
Tipos de Sonda:
Coaxial: para faixa de medio de at 3m, em processos lquidos de constante dieltrica muito
baixa, presena de vapor, alm de superfcies com
alta turbulncia e presena de bolhas ou espuma.
9 - Dispositivos do Tipo Radar
Prof. Saulo Garcia Campos 101
10 - Medidores
Descontnuos de Nvel
Prof. Saulo Garcia Campos 102
10 - Medidores Descontnuos de Nvel
Estes medidores so empregados para fornecer indicao apenas quando o nvel
atinge certos pontos desejados.
Nos lquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metlicos
de comprimento diferente.
Quando houver conduo entre os eletrodos teremos a indicao de que o
nvel atingiu a altura do ltimo eletrodo
alcanado pelo lquido.
Prof. Saulo Garcia Campos 103
10 - Medidores Descontnuos de Nvel
Prof. Saulo Garcia Campos 104
10 - Medidores Descontnuos de Nvel
Prof. Saulo Garcia Campos 105
11 - Dispositivos do tipo
Pesagem
Prof. Saulo Garcia Campos 106
11 - Dispositivos do tipo Pesagem
necessrio medir o nvel dos slidos, geralmente em forma de p ou gros, em silos,
altos - fornos etc., pelos mesmos motivos da
medio de nvel dos lquidos.
Esta medio comumente feita por dispositivos eletromecnicos, onde colocada
uma sonda sobre a carga ou contedo.
O cabo da sonda movimenta um transdutor eletromecnico, que envia um sinal para um
indicador, cuja escala graduada para nvel.
Prof. Saulo Garcia Campos 107
11 - Dispositivos do tipo Pesagem
Em algumas aplicaes mais recentes, muito comum as indstrias utilizarem clulas de cargas, como mostra a figura abaixo.
Para se instalar este tipo de sensor, necessrio que se corte os ps dos silos, para que o mesmo fique apoiado sobre o sensor, conforme mostra a figura abaixo.
Mais recentemente foram desenvolvidas novas clulas de cargas, que no necessitam mais cortar as estruturas dos silos.
Elas esto presas na estrutura do silo apenas com dois parafusos.
Elas conseguem perceber a modificao da estrutura do material metlico a qual esto presas.
Prof. Saulo Garcia Campos 108
11 - Dispositivos do tipo Pesagem
Transdutor eletromecnico
Prof. Saulo Garcia Campos 109
11 - Dispositivos do tipo Pesagem
Novas Clulas de Carga (Strain Gauge)
Top Related