INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL CAMPUS RIO GRANDE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

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Maria Fernanda Miranda Benke
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2 Aula 13 2

3 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Baseia-se no Princípio de Arquimedes: Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do fluído deslocado. Esta força exercida pelo fluído ao corpo submerso ou flutuante chamamos de empuxo. 3

4 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) O empuxo será maior quanto maior for a densidade do líquido. Ex: Nadar no mar é mais fácil que nos rios, pois a água salgada possui maior densidade (logo, maior será o empuxo). Ou seja, te empurra para a superfície. E = V. δ onde: E = empuxo V = volume deslocado δ = densidade ou peso específico do líquido 4

5 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Como já dito, este método é baseado no princípio de Arquimedes. Nele, usa-se um deslocador (displacer) que sofre o empuxo do nível de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. 5

6 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido, pois o empuxo varia com a densidade. 6

7 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Pap=P-E

8 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) 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. No interior do cilindro, se necessário, são depositados contrapesos granulados, a fim de ajustar o peso do deslocador. Uma vez que o empuxo aumenta com o percentual de imersão, segue-se que o peso aparente do deslocador se reduz com o aumento do nível.

9 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Nas figuras abaixo estão representados deslocadores típicos utilizados.

10 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Além de padronizar no comprimento, alguns fabricantes adotam um volume de referência para seus deslocadores; Isto porque, fixadas a elasticidade do elemento de sustentação e a densidade do líquido de processo, o alcance do sinal de entrada no transmissor é completamente determinado pelo volume do deslocador.

11 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) O deslocador pode trabalhar diretamente no interior do equipamento ou dentro de um compartimento denominado câmara, dependendo das características dinâmicas do processo, propriedades físicas do líquido e facilidade de manutenção desejada.

12 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Quando o deslocador é especificado para ser fornecido com câmara, devem ser previstas duas conexões laterais do equipamento principal, as quais serão interligadas às correspondentes conexões da câmara através das tomadas de equalização (figura abaixo). Cria-se assim um sistema de vasos comunicantes que garante, sob condições de estabilidade no líquido, igualdade entre os níveis no equipamento e na câmara.

13 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) As quatro configurações mostradas na figura abaixo são normalmente oferecidas pelos fabricantes, onde T significa topo, B base e L lado. A distância D é preestabelecida pelo fabricante para cada comprimento do deslocador, fato que deve ser considerado quando forem dotadas as tomadas de equalização.

14 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER)

15 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Tubo de Torque O Tubo de torque consiste em um tubo oco, fechado em uma das extremidades, fabricado a partir de materiais tais como aço inox 304, 316, inconel, monel e outros. A espessura da parede do tubo de torque é tipicamente 1/32 pol, embora os tubos para medição de densidade sejam fabricadas até com 1/64 pol. Os fabricantes oferecem modelos para atender até 160 kg/cm2, estendendo-se a faixa de temperatura de trabalho de - 200ºC a + 400ºC.

16 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Tubo de Torque De acordo com a ilustração do próximo slide, quando o nível desce, o deslocador movimenta-se para baixo devido a redução da força empuxo. Surge então uma torção ao longo do tubo do torque. Assim, o ângulo com que gira à extremidade livre do tubo de torque é proporcional ao momento com que reage o tubo de torque em resposta ao acréscimo do peso aparente. Como a variação do empuxo é proporcional à variação de nível, segue-se que a rotação da extremidade livre do tubo de torque é proporcional à variação de nível. Esta rotação, transmitida integralmente ao conversor através do eixo de transmissão e se situa entre 4 e 5 graus para uma excursão completa do nível ao longo do comprimento do deslocador.

18 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER) Faixa de Medição e Precisão Sua faixa de medição varia de acordo com a aplicação, sendo que a faixa máxima disponível normalmente é de 0 a mm, sendo que a precisão varia conforme o fabricante, entre 0,5 e 2%.

19 Medição de Nível por Empuxo ou Medidor de Nível Tipo Deslocador (DISPLACER)

20 Medição de Nível por Radiação Os medidores que utilizam radiações se distinguem pelo fato de serem completamente isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos, tornando-se possível, em qualquer momento, realizar a manutenção desses medidores, sem a interferência ou mesmo a paralisação do processo. Dessa forma os medidores que utilizam radiações podem ser usados para indicação e controle de materiais de manuseio extremamente difícil e corrosivo, abrasivo, muito quente, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade. 20

21 Medição de Nível por Radiação O sistema de medição por raios gamas consiste em uma emissão de raios gama montado na lateral do tanque e do outro lado do tanque há uma câmara de ionização que transforma a radiação gama recebida em um sinal elétrico de corrente contínua. 21

22 Medição de Nível por Radiação Como a transmissão dos raios é inversamente proporcional a altura do líquido do tanque, a radiação captada pelo receptor é inversamente proporcional ao nível do líquido do tanque, já que o material bloquearia parte da energia emitida. 22

23 Medição de Nível por Radiação A intensidade da fonte é calculada considerando a distância da mesma ao dectetor, a espessura e o material da parede, e o produto. Já o comprimento do dectetor considera o alcance de medição desejada.

24 Medição de Nível por Capacitância A capacitância é uma grandeza elétrica que existe entre duas superfícies condutoras isoladas entre si. O medidor de nível capacitivo mede a capacitância do capacitor formado pelo eletrodo submergido no líquido em relação às paredes do tanque. A capacitância do conjunto depende do nível do líquido. 24

25 Medição de Nível por Capacitância O elemento sensor, geralmente é uma haste ou cabo flexível de metal. À medida que o nível do tanque for aumentando o valor da capacitância aumenta progressivamente, ou seja, varia à medida que o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir. 25

26 Medição de Nível por Capacitância A capacitância é convertida por um circuito eletrônico numa corrente elétrica sendo este sinal indicado em um medidor. 26

27 Medição de Nível por Capacitância Princípio de Funcionamento O medidor por capacitância consiste de uma sonda vertical inserida no vaso no qual se deseja monitorar o nível. A sonda pode ser isolada ou não, e serve como uma das placas do capacitor. A outra placa é formada pelas paredes do vaso e o fluido comporta-se como dielétrico. A capacitância é medida através de um circuito em ponte AC, excitado por um oscilador de alta frequência (500 khz a 1,5 MHz). Ao variar o nível no interior do vaso, altera-se as proporções entre o líquido e o vapor. Como a constante dielétrica da maioria dos líquidos é maior que a dos vapores, logo as variações de nível se traduzem em variações (quase) lineares de capacitância. Consequentemente, as sondas capacitivas também podem ser utilizadas para detectar a interface de líquidos com constantes dielétricas distintas.

28 Medição de Nível por Capacitância Em líquidos não condutores se empregam eletrodos normais, em fluídos condutores o eletrodo é isolado normalmente com teflon. 28

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