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

Transcrição

1 CARACTERÍSTICAS: É a altura do conteúdo de um reservatório, que poderá ser tanto de um líquido quanto de um sólido. Os sistemas de medição de nível variam em complexidade desde simples visores para leituras locais até indicação remota, registro ou controle automático. O controle de processos requer medições tanto de nível de líquidos como de sólidos. Existem dois tipos de medição: MEDIÇÃO DIRETA É a medição que se faz tendo como referência a posição do plano superior da substância medida. MEDIÇÃO INDIRETA É o tipo de medição onde o nível é obtido em função de outra variável. O tipo de medição está associado ao tipo de informação que se deseja a partir do nível. DETERMINAÇÃO DO VOLUME Seja um reservatório com base possuindo área S, altura h e volume V de líquido. V = Sh Nesse caso dá-se preferência a medidas diretas de nível. DETERMINAÇÃO DA MASSA Seja um reservatório contendo líquido com massa M, peso por unidade de área P, massa específicaρepeso específico γ. M = Shρ γ γ mas como ρ = M = Sh g g como h = P γ P γ M = S γ g SP M = g O peso específico não intervém na medida. Nesse caso pode-se usar as medidas indiretas de nível.

2 Medição direta: Medidor de nível tipo régua ou gabarito. Régua graduada com comprimento conveniente, para ser introduzida dentro do reservatório onde se vai medir o nível. A medida do nível se dará através da leitura direta do comprimento marcado na régua, pelo líquido. Baixo custo. Régua pode estar graduada em comprimento, volume ou massa. A graduação vale para uma determinada temperatura de referência. Régua Gabarito Medição direta: Visores de nível. Utiliza-se 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. Serve para monitoração do nível de líquido ou da interface entre dois líquidos que não se misturam, em vasos, colunas, reatores, tanques, etc. submetidos ou não à pressão. Baixo custo para baixas pressões e temperaturas. Visores de vidro tubular: Entre duas válvulas de bloqueio Baixas pressões (<2bar) e temperaturas(<100 o C). Pouco seguros. Não recomendado para líquidos críticos. Visores de vidro plano: Mais utilizados por serem mais seguros. Montados de forma modular(seções). Regiões de não visibilidade entre seções adjacentes.

3 Medição direta: Boia ou flutuador. Flutuador interno Através de um mecanismo de transmissão de movimento por alavanca, o movimento vertical da boia é convertido em movimento de rotação na indicação do nível. O centro da boia deve coincidir com a linha média do nível do líquido. Flutuador Medição direta: Boia ou flutuador. Flutuador externo Colocado em uma câmara montada do lado de fora do tanque. Através de um mecanismo de transmissão de movimento por alavanca, o movimento vertical da boia é convertido em movimento de rotação na indicação do nível. O flutuador interno é menos afetado por oscilações na superfície do líquido contido no tanque, quando comparado ao flutuador externo.

4 Medição direta: Boia ou flutuador. Flutuador livre Indica a variação do nível do líquido através do movimento ascendente e descendente do flutuador. Medição indireta: Deslocador (displacer). Baseia no princípio de Arquimedes, ou seja, no surgimento do empuxo dirigido de baixo para cima em um corpo imerso em um fluido. O empuxo será tanto maior quanto maior for a densidade do fluído. O deslocador tem a forma de um cilindro oco e feito de material adequado a determinada temperatura e poder corrosivo do fluído. No interior do cilindro, se necessário, são depositados contrapesos granulados, a fim de ajustar o peso do deslocador. E = Vγ E = empuxo V = volume de fluído deslocado γ = peso específico

5 Medição indireta: Deslocador (displacer). Para uso o flutuador se movimenta no interior de uma câmara. Pode indicar a interface entre dois fluídos não miscíveis. Braço de torque Vapor Haste do deslocador E = E + E = V γ + V γ 2 Transmissor pneumático γ 1 γ 2 Interface entre dois fluídos Condensado Medição indireta: Deslocador (displacer). Transmissor pneumático

6 Medição indireta: Medidor tipo pressão diferencial. Medem diferenciais de pressão que são provocados pela coluna líquida presente nos equipamentos cujo nível se deseja medir. Utiliza-se um transmissor de pressão diferencial cuja cápsula sensora é dividida em duas câmaras: a de alta (H) e a de baixa pressão (L). Este transmissor de nível mede a pressão diferencial, subtraindo-se a pressão da câmara alta (H) da câmara baixa (L). Medição indireta: Medidor tipo pressão diferencial. TANQUES ABERTOS 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. Pressão atmosférica γ γh Posicionado na posição de nível mais baixo do fluído Pressão atmosférica

7 Medição indireta: Medidor tipo pressão diferencial. TANQUES ABERTOS Em certas situações o transmissor de pressão diferencial não pode ser colocado na posição referente ao nível mais baixo do fluído. γ Há um off-set (deslocamento) na medição que precisa ser compensado. Medição indireta: Medidor tipo pressão diferencial. TANQUES FECHADOS (PRESSURIZADOS) Os lados de alta e baixa pressão são conectados individualmente por tubos na parte baixa e alta do tanque, respectivamente.

8 Medição indireta: Medidor tipo pressão diferencial. TANQUES FECHADOS COM VAPOR Faz-se necessário preencher a tomada de alta pressão com um líquido (normalmente água) para evitar que se forme uma coluna de condensado na mesma, o que provocaria medição falsa. Neste caso, deve-se fazer a correção do efeito desta coluna. H L / / Medição indireta: Medidor tipo borbulhador. Um tubo é inserido no líquido em um tanque. Uma das extremidades é submersa no líquido, cujo nível se deseja medir, e através da ponta superior é fornecido ar ou gás inerte permanentemente. 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 forma de bolhas. Na prática uma pequena quantidade adicional de pressão deve existir para que as bolhas escapem. A pressão é medida por um manômetro. O fluxo de ar ou gás deve ser mantido constante

9 Medição indireta: Medidor tipo capacitivo. Em um capacitor tem-se dois condutores (placas) separados por um material dielétrico (isolante). No dispositivo se armazenam cargas elétricas (q). A grandeza que o caracteriza é a capacitância (C). A quantidade de carga armazenada é diretamente proporcional à tensão (v) entre seus terminais. q( t) = Cv( t) dq( t) dv( t) i( t) = = C dt dt Assumindo C constante. A capacitância depende da área de sobreposição e da distância entre as placas, bem como da constante do dielétrico (K). Não há corrente no capacitor caso a tensão entre seus terminais seja constante no tempo. Medição indireta: Medidor tipo capacitivo. Para medição de nível são utilizados os conceitos de capacitores cilíndricos concêntricos ou não concêntricos. C m 7,36K = log D d = log 7,36K C m 2 10 ( D 2 4b ) Dd Onde: Onde: Concêntrico Ké a constante do dielétrico. Dé o diâmetro maior e do diâmetro menor. C m é a capacitância por unidade de comprimento Não concêntrico b é a distânciaentre oseixoscentraisdos dois cilindros.

10 Medição indireta: Medidor tipo capacitivo. Um capacitor pode ser formado, sendo uma das placas as paredes do tanque (caso seja metálica) e a outra uma sonda condutora inserida no fluído. Assume-se que o fluído é não condutor (dielétrico). O circuito que contém o capacitor (ponte de deflexão reativa) é excitado por uma tensão AC de alta frequência (500kHz a 1,5MHz). Isolação da sonda sonda (placa) Parede do tanque (placa) Onde, para sonda não revestida: K p é a constante do dielétrico fluído. K 0 é a constante do dielétrico vapor. Ré a resistência elétrica (parasita) entre a sonda e tanque através do fluído. Quanto maior melhor. C 3 é a capacitância para o dielétrico fluído. C 2 é a capacitância para o dielétrico vapor. C 1 é a capacitância parasita entre sonda e tanque através do isolador da sonda. C e capacitância equivalente, devida a três capacitâncias em paralelo. C e = C C2 C3 Medição indireta: Medidor tipo capacitivo. No caso de fluídos condutores a sonda deve ser revestida (isolada). Onde, para sonda revestida: Circuito equivalente C 4 é a capacitância entre sonda e vapor (revestimento é o dielétrico). C 5 é a capacitância entre a sonda e o fluído (revestimento é o dielétrico). Nesse caso quanto menores forem C 2, C 3 e R, melhor. sonda (placa) Revestimento da sonda C C C C C = C1 + + e C2 + C4 C + 3 C5

11 Medição indireta: Medidor tipo capacitivo. O tipo de sonda e o tipo de revestimento de sonda vai depender do tipo de fluído e de vapor contido dentro do tanque e das características do próprio tanque. A informação de nível aparecerá na amplitude de um certo sinal elétrico AC de saída. A medição de nível por capacitância também pode ser feita sem contato, através de sonda de proximidade. Esta sonda consiste em um disco que compõe uma das placas do capacitor. A outra placa é a própria superfície do líquido. sonda (placa) superfiície (placa) Medição indireta: Medidor tipo ultrassom. Na água, a 10ºC, a velocidade de propagação do som é de 1440 m/s, enquanto que no ar, a 20ºC, é 343 m/s. A velocidade do som é a base para a medição através da técnica de ECO, usada nos dispositivos ultrassônicos (sendo função da temperatura e da pressão). Indicado para aplicações onde, por qualquer razão, nenhum contato físico pode ocorrer com o material que se está medindo. OPERAÇÃO Medição do tempo necessário para um trem de pulsos de ultrassom percorrer a distância entre o sensor e o material a ser detectado (ida e volta). O trem de pulsos retorna em função da reflexão. O tempo de vôo do trem de pulsos de ultrassom pode ser determinado eletronicamente.

12 Medição indireta: Medidor tipo ultrassom. Cone do ultrassom Ângulo total de abertura de 5 a 6º (3dB). Zona morta do ultrassom Existe uma distância mínima entre o transdutor e a superfície refletora do sinal de ultrassom. Faixa de indicação e frequência Existem no mercado dispositivos para uma ampla faixa de distâncias a serem medidas. Também existem transdutores que operam em frequências de ultrassom bem distintas (desde alguma dezenas de khz a centenas de khz). O ambiente de operação também tem influência na faixa de indicação. Medição indireta: Medidor tipo radioativo. Césio 137 Modulação de corrente em função da intensidade do feixe) Transmissor elétrico Corrente 4 a 20mA Raios gama Câmara de ionização. Gás inerte (argônio)

13 Medição indireta: Medidor por pesagem. (com dimensões e materiais conhecidos) (dotadas com extensômetros (strain gauges) para medição de deformação)