Medição de Nível Conceito

O nível pode ser considerado a altura da coluna de líquido ou de sólido no interior de um tanque ou vaso. O nível não se aplica a gases em tanque de teto fixo, pois o gás sempre ocupa todo o espaço. Em aplicações industriais, às vezes, se tem um único vaso com dois líquidos não miscíveis e tem-se o interesse na medição da interface desses dois líquidos que não se misturam.

Unidades

A unidade de nível deveria ser a unidade de comprimento, pois o nível é a altura de uma coluna de líquido. Porém, é prática universal se referir ao nível como percentagem: o nível tem um nível que varia entre 0 e 100%, podendo assumir todos os valores intermediários.

Fig. 4.22. Medidores de nível de tanque

Mecanismos de medição

Os métodos de medição de nível, como os relacionados com outras variáveis, são numerosos. Há dezenas de diferentes

princípios de operação, alguns se sobrepondo a outros, ou seja, há alguns métodos que podem ser aplicados a diferentes casos e como conseqüência, há algumas aplicações que podem tem diferentes mecanismos de medição de nível.

Comercialmente, os mecanismo básicos de medição de nível são os seguintes:

1. visor

2. medidor de nível a pressão diferencial 3. medição de nível com borbulhamento

(também pressão diferencial) 4. nível medido através do deslocador,

baseado na força de empuxo

Há ainda outros métodos, tão simples como o tipo bóia, tão complicado como o ultra-sônico,

tão raro como o capacitivo, tão

injustificadamente temido como o radioativo.

Visor de nível

Ao contrário das outras variáveis de processo que são invisíveis, como a

temperatura e pressão, o nível de um líquido pode ser facilmente visto, desde que as paredes do recipiente sejam transparentes e o líquido não o seja.

O visor é o medidor de nível mais simples possível e consiste de uma parede de vidro ou outro material transparente, geralmente com uma escala graduada. Um dos inconvenientes do visor é sua fragilidade, por ser construído de vidro. É comum o uso de armaduras e proteção metálicas, para aumentar a resistência

mecânica do visor. Outra técnica é usar paredes mais grossas ou mesmo, usar

materiais transparentes mais resistentes, como fibra de vidro e plásticos.

Medição com Pressão Diferencial

As alterações do nível podem causar

alterações proporcionais em outras variáveis de processo, mais facilmente detectáveis. Assim, também se pode medir o nível de um líquido por inferência, através da medição de outra variável de processo.

Um dos métodos clássicos de medição de nível de líquido é aquele através da pressão exercida pelo líquido. A pressão hidrostática, resultante da coluna do líquido é diretamente proporcional ao valor dessa coluna de líquido. Em outras palavras, a pressão em um ponto do líquido é proporcional ao nível acima desse ponto de referência.

A pressão hidrostática, no fundo de cada tanque, é independente do formato do recipiente e depende apenas da altura e da densidade do líquido.

O princípio de operação é simples, o

problema se resume na medição da pressão no fundo do tanque, quando aberto e na medição da pressão no fundo e no topo, quando o tanque é fechado e pressurizado. Assim, a medição do nível da coluna liquida se transfere para medição de pressão, manométrica ou diferencial, com todos os artifícios de selagem e purga, quando o fluido do processo é corrosivo, tóxico ou sujo.

Variáveis Medidas

(a) Tanque aberto (b) Tanque fechado

Fig. 4.23. Medição de nível com pressão diferencial Para esse tipo de medição de nível através da pressão diferencial, há vários tipos para a tomada de alta pressão, aquela próxima ao fundo do tanque:

1. tomada convencional, através de rosca fêmea, tipicamente 1/2" NPT. Quando o líquido é perigoso para a cápsula, utiliza- se uma coluna liquida de selagem, entre a tomada do tanque e o corpo do transmissor.

2. tomada tipo flange plana, quando a tomada do processo é do tipo flangeado e quando não há problema de

decomposição de material na tomada. 3. tomada tipo flange com extensão,

quando a tomada do processo é também flangeada e se deseja manter a

superfície sensível da cápsula em contato direto com o processo, evitando- se a deposição de produtos na

reentrância da tomada.

4. tomada tipo flange, plana ou com extensão, porém ligada ao corpo do transmissor através de um capilar, de tamanho variável e dependente da geometria do sistema. Essa aplicação se refere a processos com alta temperatura. O capilar possibilita a montagem do transmissor distante do tanque.

(a) Transmissor montado (b) Transmissor fora do processo

Fig. 4.24. Nível com transmissor e capilar

Medição com Borbulhamento

A medição de nível com borbulhamento também se baseia no princípio da pressão

exercida pela coluna hidrostática. É provavelmente o mais antigo e simples

dispositivo de medição de nível, com indicação remota.

O sistema de medição consiste de um tubo de material inerte ao líquido do tanque

colocado verticalmente e mergulhado no interior do líquido, até quase atingir o seu fundo. Através de uma tubulação injeta-se um gás inerte, geralmente nitrogênio, ou ar

comprimido. Aumenta se lenta e continuamente a pressão de suprimento do gás, até que se comece a borbulhar o gás. No momento limite que começa o borbulhamento, a pressão aplicada é exatamente igual à pressão exercida pela coluna liquida. Ou seja, a pressão aplicada para borbulhar o gás é proporcional ao nível que se quer medir. Quando o nível vária, a pressão a ser aplicada também vária. Por isso deve se utilizar uma válvula de controle de pressão diferencial, para manter contato a vazão do gás, qualquer que seja a pressão do nível e para garantir que a pressão aplicada é sempre igual à pressão da coluna liquida.

Desde que se coloque um medidor dessa pressão regulada, tem-se a medição do nível do tanque. Ou também, pode-se colocar um transmissor de pressão manométrica, para o envio do sinal para indicação, registro ou controle distantes.

Fig. 4.25. Medição com borbulhamento

Medição com Deslocador

É também um método muito popular e conhecido. Seu princípio de funcionamento é a lei de Arquimedes, o da heureca: quando um

corpo é submerso em um líquido, ele perde peso igual ao

peso do líquido deslocado. O sistema de

Variáveis Medidas

detecção e medição de um peso e através de uma calibração, da medição de nível.

Há quem chame esse sistema de medição de nível de medidor com flutuador. O nome é incorreto, pois, na realidade a ponta de prova não flutua, mas fica submersa no líquido cujo nível está sendo medido.

Fig. 4.26. Três montagens de medição por deslocador

Medidor com Bóia

É um sistema de medição direta de nível, extremamente simples, usado em tanque aberto para a atmosfera. Tem-se a bóia ou flutuador, em contato direto com o líquido do processo por um cabo a um contrapeso, passando por uma polia.

Medição Radioativa

Os materiais radioativos, com alto peso molecular, tendem a se desintegrar naturalmente, gerando basicamente três formas de radiação: raios alfa, beta e gama, que diferem entre si, entre outras

características, quanto à capacidade de penetrar em outros materiais.

Foram desenvolvidos sistemas de medição de nível, utilizando-se a radiação, onde se tem:

1. fonte de material radioativo (Radio, Cobalto 60, Césio 137) que se

desintegra continuamente, segundo uma equação exponencial simples e

conhecida.

2. detetor da radiação, colocado dentro do campo radioativo da fonte.

3. material que se quer medir o nível, colocado entre a fonte e o detetor. Como a quantidade de material, portanto nível do material absorverá mais ou menos radiação, o valor da radiação detectada será proporcional ao nível do material.

5