Nível Instrumentação Automação e Controle

Instrumentação

Automação e Controle

Nível

Nível

Definição:

Para facilitar a compreensão costuma-se definir nível, como sendo a altura do

conteúdo de um reservatório, que poderá

ser um líquido ou um sólido.

Nível

Métodos de Medição:

Medição Direta:

É a medição que se faz tendo como referência à posição do plano superior da substância medida.

- Réguas ou Gabaritos - Visores de Nível - Bóia ou Flutuador

Medição Indireta

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

- Displacer (empuxo)

- Pressão diferencial (diafragma) - Borbulhador

- Capacitância eletrostática - Ultra-sônico

- Por pesagem - Por raio gama

Medidores Descontínuos de Nível

Estes medidores são empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge certos pontos desejados.

Nível

Medição Direta:

RÉGUA OU GABARITO

Consiste em uma régua graduada que tem o comprimento conveniente, para ser introduzido dentro do reservatório onde vai ser medido o nível.

A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento marcado na régua, pelo líquido.

São instrumentos simples e de baixo custo permitindo medidas instantâneas.

A graduação da régua deve ser feita a uma temperatura de referências podendo estar graduada em unidades de comprimento, volume ou Massa.

Nível

Medição Direta:

BÓIA OU FLUTUADOR

Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua

extremidade ligada a um contrapeso. No

contrapeso está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente

encontrada em tanques abertos.

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VISOR DE NÍVEL

Aplica-se nestes instrumentos o princípio dos vasos comunicantes. Um tubo

transparente é colocado a partir da base do reservatório até o seu ponto mais alto, permitindo a leitura precisa do nível do líquido, mesmo para altas pressões.

Os visores de nível se destinam exclusivamente à monitoração do nível de líquido ou da interface entre dois líquidos imersíveis, em vasos, colunas, reatores, tanques, etc. submetidos ou não à pressão.

Os visores são aplicados quase na totalidade dos casos de monitoração local do nível, devido ao seu baixo custo em

comparação com outros tipos de

instrumentos, a não ser em casos onde a pressão e temperatura sejam excessivas e impeçam a sua utilização. Devido às suas características construtivas, os visores de nível são de fácil manutenção e construídos de maneira a oferecer segurança na operação.

VISOR DE NÍVEL MAGNÉTICO

O fluído a ser medido fica confinado em uma câmara selada de aço inoxidável, onde uma bóia de aço ou de titânio, firmemente solidária a um imã permanente, se

movimenta livremente, atuando sobre pastilhas metálicas do indicador montado fora da câmara.

Com uma movimentação da bóia, cada pastilha gira 180º mostrando uma cor contrastante.

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Medição Indireta

Medição de Nível por Pressão

Neste tipo de medição usamos a pressão devido a altura da coluna líquido, para medirmos indiretamente o nível.

A medida mais apropriada para esse tipo de medição é o mm ou polegada de H2O. Se tivermos um recipiente contendo água e a temperatura ambiente, a medição de nosso instrumento será igual ao nível do tanque.

h = P/d onde:

h = nível em mm ou em polegada

P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O d = densidade relativa do líquido em

relação a água na temperatura ambiente.

Nível

Para tanque aberto:

O lado de alta pressão do transmissor de pressão diferencial é ligado pela tomada da parte inferior do tanque e o lado de baixa pressão é aberto para a

atmosfera.

Visto que a pressão estática do líquido é diretamente proporcional ao peso do líquido, este pode ser obtido pela medida do primeiro.

Neste caso, o medidor de pressão pode ser usado em vez do transmissor de pressão diferencial. O transmissor de pressão diferencial é usualmente

montado em uma posição que corresponde o nível baixo de medição. Neste caso a supressão é necessário desde que a pressão adicional já esteja na parte baixa do nível do líquido.

Para Tanque Fechado

No tanque fechado se a pressão dentro do tanque é diferente da pressão

atmosférica, os lados de alta e baixa pressão são conectados individualmente por tubos na parte baixa e alta do tanque respectivamente para obter pressão diferencial proporcional ao nível líquido.

Nível

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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 elevado resulta na instalação de um instrumento em um plano situado em nível inferior à

tomada de alta pressão.

Em ambos os casos, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro do tanque, se o problema não fosse contornado, o transmissor indicaria um nível superior ao real.

Elevação de Zero

Devemos usar selagem quando o fluido possui alta viscosidade, ou quando o fluído se condensa nas linhas de impulso, ou ainda no caso do fluído ser corrosivo. Selam-se então ambas as tubulações de impulso, bem como as câmaras do

instrumento.

Na figura abaixo, apresenta-se um sistema de medição de nível com selagem, no qual deve ser feita a elevação, que consiste em anular-se a pressão no lado de baixa pressão, ou melhor, anular-se o efeito de coluna líquida na linha de impulso de baixa pressão.

Ajuste de Zero e Span:

Normalmente o ajuste local de zero e span soluciona estes problemas.

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MEDIDOR DE NÍVEL TIPO BORBULHADOR

Neste tipo de medição, um tubo é inserido no líquido em um vaso. Uma das pontas devidamente preparada é submersa no líquido cujo nível se deseja medir e através da ponta superior é fornecido ar ou gás inerte permanentemente.

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. 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. Isto representa um pequeno valor adicional na pressão de ar, desprezível, desde que o

borbulhamento não seja intenso. A medida se faz através de um

instrumento receptor que pode ser um manômetro ou qualquer outro instrumento transmissor de pressão.

Nível

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 receptor. 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. 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 restrição,

válvulas-agulha, rotâmetros com reguladores de pressão diferencial, borbulhadores reguláveis, entre outros. As válvulas-agulha e os

orifícios de restrição são utilizados por constituírem limitadores de vazão. Podem ser regulados, no caso das válvulas-agulha, até obter o borbulhamento ideal e calculado, no caso de orifícios de restrição.

Já o rotâmetro com reguladores de pressão diferencial apresentam ótima precisão, pois, além de permitirem vazão de ar ou gás,

mantêm o fluxo do mesmo constante regulando permanentemente a queda de pressão à montante e a jusante do rotâmetro.

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MEDIDOR DE NÍVEL TIPO DESLOCADOR (DISPLACER)

Princípio de Arquimedes : “Um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do líquido deslocado”.

Nível

O deslocador comumente utilizado como sensor de transmissores de nível tem a forma de

um cilindro oco, fabricado de materiais como aço inox 304 ou 316, monel, hastelloy, tefflon

sólido, etc.

A escolha do material adequado é determinada principalmente pela temperatura e poder corrosivo do fluido.

Nível

Nível por pressão hidrostática

A pressão hidrostática oriunda de um fluído é diretamente proporcional à sua profundidade e, consequentemente, do nível da sua superficie.

O nível do líquido, H, será relacionado com a pressão medida, P, através da seguinte expressão:

H= P/g Onde:

: Densidade do Fluído

g: Aceleração LOCAL da Gravidade

Nível

Nível

Sensores Ultrassônicos

Nível

• Dispersão térmica

Nível

Sensores por vibração:

Nível

Medição por pesagem

Nível

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Exercício:

1. Defina nível com suas palavras;

2. Quais os métodos para medição de nível? Explique-os.

3. Cite e explique o principio de funcionamento de três tipos de medidores de nível que se utilizam da medição direta.

4. Cite e explique o principio de funcionamento de três tipos de medidores de nível que se utilizam da medição indireta.

5. Cite e explique o principio de funcionamento de tres tipos de chave de nível.