MEDIÇÃO DE NÍVEL

1. TÉCNICAS DE MEDIÇÃO

1.1. MÉTODOS DIRETOS

1.1.1. INDICADORES E VISORES

1.1.1.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.1.1.1.1. Baseiam-se no princípio dos vasos comunicantes e produzem apenas uma saída visual.

1.1.1.1.2. Por questões de segurança, este medidores não devem ser utilizados em locais onde sua quebra constitua perigo.

1.1.1.1.3. Da mesma forma, eles não devem ser aplicados em reservatórios onde o líquido ofereça perigo ao escapar do interior do visor.

1.1.1.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

1.1.1.2.1. Atualmente, os visores planos representam cerca de 90% das aplicações de visores de nível em plantas industriais.

1.1.2. FLUTUADORES OU BOIAS

1.1.2.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.1.2.1.1. É o sistema mais comum de medição de nível e baseia-se na adição de um elemento de densidade menor que o fluido a ser medido. A medida em que o nível varia, o elemento varia emerso no fluido.

1.1.2.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

1.1.2.2.1. Indicador de nível com flutuador e contrapeso para indicação em régua graduada

1.2. MÉTODOS INDIRETOS

1.2.1. DESLOCADOR

1.2.1.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.1.1.1. utiliza um corpo que flutua parcialmente inserido num fluido confinado em uma câmara, ou tubo. Este medidor se baseia no principio de Arquimedes:

1.2.1.1.2. Logo, a medida em que o nível do fluido aumenta dentro da câmara, aumenta-se, também, a resultante de forças em direção a emersão do dispositivo deslocador, conforme o peso do volume de fluido deslocado por ele.

1.2.1.1.3. A força resultante é dada pela diferença entre o peso exercido pelo deslocador e a força do empuxo dada pelo princípio de Arquimedes:

1.2.1.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

1.2.1.2.1. Técnica de indicação de nível associada a medição de deslocamento de um dispositivo tipo deslocador, interno a uma câmara de aço inoxidável.

1.2.2. PRESSÃO DIFERENCIAL(HIDROSTÁTICA)

1.2.2.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.2.1.1. é possível determinar o nível de um recipiente por meio da medição de pressão exercida pela altura da coluna líquida no fundo do mesmo (P = ρgh ), como estabelece o teorema de Stevin:

1.2.2.1.2. Tanques abertos

1.2.2.1.3. Tanques fechados

1.2.2.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

1.2.2.2.1. Tubulação imersa até o fundo do tanque com o transmissor de nível instalado no topo do tanque.

1.2.2.2.2. Tubulação adjacente e externa ao tanque com o transmissor de nível instalado na mesma altura do nível mínimo do tanque

1.2.2.2.3. Tubulação adjacente e externa ao tanque com o transdutor de pressão diferencial instalado abaixo do nível mínimo do tanque.

1.2.2.3. DENSIDADE

1.2.2.3.1. Uma aplicação interessante na área de extração de petróleo é a medição de nível de interface, onde basicamente se tem um separador de óleo e água. O objetivo é que via diferença de densidade se consiga separar e conhecer o nível de interface da mistura, sem perdas e com segurança.

1.2.3. CAPACITIVO

1.2.3.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.3.1.1. Consiste de uma sonda cilíndrica vertical inserida no tanque do qual se deseja medir o nível.

1.2.3.1.2. FLUIDO NAO-CONDUTIVO

1.2.3.1.3. FLUIDO CONDUTIVO

1.2.3.1.4. Para tanques com paredes não metálicas e fluido condutivo ou não-condutivo, o medidor de nível capacitivo necessita de uma sonda de referência. Neste caso o fluido realiza a variação do meio dielétrico

1.2.3.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.2.3.2.1. SENSOR DE NÍVEL CAPACITIVO - EMECO

1.2.4. PESAGEM (CÉLULA DE CARGA)

1.2.4.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.4.1.1. A medição de nível por pesagem consiste, basicamente, na instalação de células de carga nas bases de sustentação do silo/tanque:

1.2.4.1.2. Conhecendo-se a geometria do reservatório e o peso específico do material, pode-se, facilmente, calcular o nível por:

1.2.4.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.2.4.2.1. Indústria alimentícia

1.2.5. ULTRASSOM

1.2.5.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.5.1.1. Baseia-se na medição do tempo necessário para um pulso de ultrassom percorrer a distância entre o sensor e o material cujo nível deve ser detectado (ida e volta - eco).

1.2.5.1.2. Ondas sonoras são vibrações mecânicas (transmitidas de molécula para molécula em fluidos ou sólidos) e de baixa frequência (dezenas ou centenas de kHz).

1.2.5.1.3. Quando uma onda de som encontra uma mudança repentina na densidade do material, parte da energia da onda será refletida na forma de uma outra onda no sentido oposto.

1.2.5.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.2.5.2.1. Os medidores de nível por ultrassom podem ser utilizados para medições fora de recipientes fechados. Todavia, deve-se tomar os cuidados necessários para não cometer erros de instalação do medidor

1.2.6. RADAR

1.2.6.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.6.1.1. Os instrumentos de nível a radar medem a distância entre o transmissor (localizado em algum ponto elevado) para a superfície de um material localizado mais abaixo, da mesma maneira que os medidores ultrassônicos, medindo o tempo-de -voo de uma onda viajante.

1.2.6.1.2. A diferença fundamental entre um instrumento de radar e um instrumento de ultrassom é o tipo de onda utilizadas: ondas de rádio (eletromagnéticas por natureza) em vez de ondas sonoras .O princípio de medição segue a equação:

1.2.6.1.3. A frequência de operação das ondas eletromagnéticas de rádio é da ordem 3 a 30GHz (microondas), o que facilita a construção de medidores com antenas de dimensões bem reduzidas. (Antenas devem ser mantidas limpas e secas)

1.2.6.1.4. ONDAS NÃO GUIADAS

1.2.6.1.5. ONDAS GUIADAS

1.2.6.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.2.6.2.1. Medidor de nível por radar em reservatório de usina hidrelétrica

1.2.6.2.2. Medidor de nível por radar tipo onda guiada Optiflex

1.2.7. RADIOTIVIDADE

1.2.7.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.7.1.1. Conhecidos como sistemas radiamáticos são utilizados para medição de nível de líquidos, polpas ou sólidos granulados em aplicações onde nenhuma outra tecnologia disponível pode ser aplicada

1.2.7.1.2. Baseiam-se em uma fonte de emissão de raios gama (𝛾), um detector tipo câmara de ionização ou cintilação e uma unidade eletrônica conversora e transmissora de sinal.

1.2.7.1.3. O detector mais utilizado é formado por uma câmara contendo gás inerte (não reativo, e.g., argônio) pressurizado, alimentado por uma tensão contínua negativa (-15 VDC) e um coletor de elétrons (que são retirados da última camada do átomo pela incidência do raio gama).

1.2.7.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.2.7.2.1. Medir nível de sólidos e não ser afetado por nenhuma propriedade física ou química do meio, ser robusto, uma vez que não requer nenhuma manutenção praticamente.

1.2.8. LASER

1.2.8.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.2.8.1.1. Baseia-se no mesmo princípio dos medidores por ultrassom e radar, apenas que utilizando pulsos curtos de laser.

1.2.8.1.2. Mede o tempo de trânsito de pulsos de LASER emitidos e refletidos pela superfície que se deseja medir.

1.2.8.1.3. Pode ser operado com, praticamente, qualquer tipo de superfície. Sem placas reflexivas é possível medição de distância de centenas de metros; com tarja reflexiva é possível medição de mais de 1000m.

1.2.8.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.2.8.2.1. É bastante preciso e pode ser aplicado para medição de nível em sólidos, substâncias com massa específica elevada, cimentos, líquidos opacos, produtos alimentícios

1.3. DETECÇÃO DE NÍVEL

1.3.1. CONDUTIVIDADE

1.3.1.1. PRINCÍPIOS FÍSICOS

1.3.1.1.1. A medição de nível se dá por meio da condutância elétrica do fluido que, neste caso, deve ser condutivo.

1.3.1.1.2. Outra alternativa para o uso de um detector de nível por condutividade é utilizar um modelo com dois ou mais eletrodos dentro de um tanque, medindo-se a tensão (d.d.p) entre eles. Quando está variar detecta-se o nível.

1.3.1.2. EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

1.3.1.2.1. Detector de Nível por Vibração (Vibration Fork): também conhecidos como garfos vibratórios, este detector é semelhante a um diapasão, forçado a vibrar em sua frequência de ressonância, estimulado por um cristal piezoelétrico. Quando o garfo é imerso em um fluido, essa frequência de vibração se altera em cerca de 10 a 20%.

1.3.2. FLUTUADOR MAGNÉTICO

1.3.2.1. Reservatório vazio: os contatos dos sensores de nível superior e inferior estão fechados e alimentam a bobina (A1/A2) do contator, que fica retido pelos contatos 13/14, acionando a bomb

1.3.2.2. O nível inferior do reservatório se eleva abrindo o contato do sensor de nível inferior, mas a bobina (A1/A2) permanece energizada através do contato fechado do sensor de nível superior e dos contatos 13/14 do contator

1.3.2.3. O contato do sensor de nível superior se abre quando o reservatório está cheio, interrompendo a bomba.

2. CONCEITOS GERAIS

2.1. NÍVEL

2.1.1. É um parâmetro crítico de processo

2.1.2. Sua medição é usada em grande variedade de aplicações comerciais e industriais universalmente.

2.2. MEDIÇÃO DE NÍVEL

2.2.1. É definida como a medição da posição de uma interface entre dois meios gasosos ou líquidos

2.2.2. É uma medida da altura de preenchimento de um líquido ou de algum tipo de material em um reservatório ou recipiente.

2.2.3. Recipiente Retangular:

2.2.3.1. 𝑉 = 𝐴𝑏ℎ

2.2.3.1.1. 𝐴𝑏 – área da base do recipiente (𝑚2) ℎ – nível do líquido (𝑚) 𝑉 – volume de líquido contido (𝑚3)

2.3. MEDIÇÃO POR REFERENCIAL

2.3.1. Medição direta

2.3.1.1. Técnicas que medem a altura da superfície do fluido diretamente em relação ao fundo do recipiente.

2.3.2. Medição indireta

2.3.2.1. Se caracterizam pela obtenção do nível de fluido por meio de grandezas relacionadas com o nível. Estas grandezas podem ser:

2.3.2.1.1. pressão;

2.3.2.1.2. tempo de propagação;

2.3.2.1.3. força de empuxo (utilização de um corpo imerso);

2.3.2.1.4. capacitância variável;

2.3.2.1.5. isótopos radioativos;

2.4. CLASSIFICAÇÃO

2.4.1. Instrumentos de medição contínua

2.4.1.1. Medem continuamente em uma faixa de 0 a 100%

2.4.2. Instrumentos discretos ou chaves de nível (detectores)

2.4.2.1. Operam apenas em níveis fixos, pré-determinados, atuando um contato seco quando o valor pré-ajustado for alcançado. Muito utilizado para intertravamentos de segurança

3. UNIDADES DA ENGENHARIA

3.1. m

3.2. m^3

3.3. L

3.4. mL

4. MNEMÔNICOS ISA 5.1

4.1. CHAVES DE DETECÇÃO

4.1.1. ALTO

4.1.1.1. LSH

4.1.2. BAIXO

4.1.2.1. LSL

4.2. TRANSMISSOR

4.2.1. COM INDICAÇÃO

4.2.1.1. LIT

4.2.2. COM REGISRO

4.2.2.1. LRT

4.3. ELEMENTO FINAL DE CONTROLE

4.3.1. LV

4.4. CONTROLADOR COM INDICAÇÃO

4.4.1. LIC

4.5. ELEMENTO PRIMÁRIO

4.5.1. LE