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Prof. Saulo Garcia Campos 1

Medio de Variveis de

Processo

Nvel


1 - Introduo


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.


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.


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.


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.


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.


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


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel

2.1 Visores de Vidro Tubular


2 - Visores de Nvel


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.


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.


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel



2 - Visores de Nvel

2.2 Visores de Vidro Plano


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel


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.).


2 - Visores de Nvel



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).


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel



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.


2 - Visores de Nvel



GSLQUIDO

VIDRO

VIDRO


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.


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.


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.


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel


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.


2 - Visores de Nvel



3 - Medio de Nvel por

Empuxo


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.



E = V

Onde:

E = empuxo;

V = volume deslocado;

= peso especfico do lquido.



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.




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.



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).



3.1.a Medidores Flutuador-Haste



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.




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.





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.




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.




3.1.b.2 Mostrador mecnico



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.




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.


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




3.2.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.



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.



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.




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.




Utilizando Mola Balanceadora


4 - Dispositivos do Tipo

Presso Diferencial


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.




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.




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 =



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


POR PRESSO (HIDROSTTICA OU P)


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




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.




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)




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.




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



4.2.d Elevao de Zero



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.



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



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


5 - Medio de Nvel com

Borbulhador


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.



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.



Nota-se que teremos condies de instalar o medidor distncia.


6 - Medio de Nvel com

Raios Gamas


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.



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.


FONTE DERADIAO

AMPLIFICADOR INDICADOR

SENSORGEIGER



7 - Medio de Nvel

Capacitivo


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.



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.



Ultra-snico


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.



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.



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.



Radar


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.


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.


9.3 - 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).



9.3.2 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.



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.



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).



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.



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.


10 - Medidores

Descontnuos de Nvel


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.


11 - Dispositivos do tipo

Pesagem


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.



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.



Transdutor eletromecnico



Novas Clulas de Carga (Strain Gauge)

5 nivel.pdf

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