INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

Transcrição

1 Medição de Nível Fonte: Simone Massulini Acosta

2 DEFINIÇÃO DEFINIR A ALTURA DE UM CONTEÚDO DE UM RESERVATÓRIO QUE PODE SER LÍQUIDO OU SÓLIDO Tipos: DIRETA INDIRETA DESCONTÍNUA SÓLIDOS

3 Referência em relação à posição do plano superior da substância medida. Podemos utilizar: - Réguas ou gabaritos - Visores de nível - Bóia ou flutuador MEDIÇÃO DE NÍVEL DIRETA

4 MEDIÇÃO DIRETA RÉGUA OU GABARITO Régua graduada introduzida dentro do reservatório a ser medido. Nível pela leitura direta do comprimento molhado na régua pelo líquido. Ex: Óleo automotivo.

5 MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL DE VIDRO Princípio dos vasos comunicantes. Nível é observado por um visor de vidro especial Pode haver uma escala graduada acompanhando o visor.

6 MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL Outro tipo de visor que é muito utilizado é o visor de vidro tubular instalado externamente com válvulas de bloqueio na parede do tanque.

7 Instalado em vasos pressurizados. Não podemos ver a cor do líquido. Medição de Nível MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL TIPO REFLEX Ar ou gás: luz ambiente refletida. Líquido na parte interna: a luz não é refletida.

8 MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL TIPO REFLEX Instalação:

9 MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL TIPO REFLEX Instalação em alta pressão: Vapor entre a vidro e a lâmpada: visores avermelhados Água entre o vidro e a lâmpada: visores esverdeados VAPOR ÁGUA

10 MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL COM PALHETAS METÁLICAS Possui uma bóia magnética que faz com que as palhetas se movam à medida que o nível sobe, mostrando a parte colorida das palhetas

11 MEDIÇÃO DIRETA VISORES DE NÍVEL COM PALHETAS METÁLICAS

12 MEDIÇÃO DIRETA BÓIA OU FLUTUADOR Bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso, onde está fixo um ponteiro que indicará o nível em uma escala. Encontrada em tanques fechados não pressurizados.

13 MEDIÇÃO DIRETA BÓIA OU FLUTUADOR

14 MEDIÇÃO DIRETA BÓIA OU FLUTUADOR

15 MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA Neste tipo de medição são usadas propriedades físicas ao nível como: Pressão Empuxo Radiação Propriedades elétricas

16 MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA Usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos indiretamente o nível. P = h x dr Onde: P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O, h = nível em mm ou em polegada, dr = densidade relativa do líquido em relação à água na temperatura ambiente.

17 MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA SUPRESSÃO DE ZERO (pressão na câmera de alta) Transmissor é instalado abaixo do tanque: - Facilitar o acesso - Falta de plataforma fixadora em torno de um tanque Uma coluna líquida se formará dentro da tomada de impulso e o transmissor indicará um nível superior ao real.

18 SUPRESSÃO DE ZERO Medição de Nível MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA SUPRESSÃO DE ZERO

19 MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA SUPRESSÃO DE ZERO (pressão na câmera de alta) Exemplo: Cálculo de pressão para este tipo de montagem. Quando o nível estiver em 0%: P0% = h. d P0% = ,2 P0% = 1200 mmh2o Quando o nível estiver em 100%: P100% = h. d P100% = ( ). 1,2 P100% = ,2 P100% = 3600 mmh2o Range: 1200 a 3600 mmh2o

20 MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA ELEVAÇÃO DE ZERO camera de baixa pressao com coluna liquida Utilizada em tanques fechados e pressurizados. A pressão H é a soma da pressão da superfície do líquido e a pressão da coluna de líquido no fundo do reservatório. A pressão L é conectada na parte de cima do tanque.

21 ELEVAÇÃO DE ZERO Medição de Nível MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA ELEVAÇÃO DE ZERO

22 C1 CA1 Medição de Nível MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA ELEVAÇÃO DE ZERO camera de baixa pressao com coluna liquida Exercícios: Determine o pedido. a) Range do instrumento: mmh2o b) Saída do instrumento quando o P FOR = 0 mmh2o : psi

23 Slide 22 C a psi Carlos Eduardo Ferrante do Amaral, 9/15/2011 CA a psi Carlos Amaral, 9/30/2011

24 MEDIÇÃO COM BORBULHADOR Um tubo é inserido no líquido em um vaso. Para que o ar consiga escapar pela extremidade inferior do tubo será necessário uma pressão de ar igual ou maior à coluna líquida existente no vaso.

25 MEDIÇÃO COM BORBULHADOR Necessitamos de uma pressão do ar ou gás ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido (normalmente 20% a mais). Ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades. Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um indicador de pressão que indicará um valor equivalente a pressão devido ao peso da coluna líquida.

26 MEDIÇÃO COM BORBULHADOR - Usado em tanques submerso ou torres de resfriamento - Afastamento de 1 polegada do fundo - Terminação do tubo em 45 graus -½ polegada

27 MEDIÇÃO POR EMPUXO 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 fluido deslocado.

28 MEDIÇÃO POR EMPUXO E = V d. e Pa = W E Onde: E= empuxo V= volume deslocado = densidade ou peso específico do líquido Pap= Peso aparente W= Peso real do flutuador E= força de empuxo

29 MEDIÇÃO POR EMPUXO

30 MEDIÇÃO POR EMPUXO

31 MEDIÇÃO POR EMPUXO

32 INTERFACE ENTRE 2 LÍQUIDOS: Medição de Nível MEDIÇÃO POR EMPUXO Consideremos dois líquidos com pesos específicos diferentes 1 e 2. O empuxo será dado por: Et = E1 + E2 onde: E1 = V1. 1 e E2 = V2. 2 Assim para diferentes valores de altura de interface, teremos diferentes variações de empuxo.

33 Exemplo: Separadores trifásicos Medição de Nível MEDIÇÃO POR EMPUXO

34 MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA Isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos. Manutenção sem a interferência no processo. Indicação e controle de materiais de manuseio extremamente difíceis e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade (sólidos).

35 MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA

36 MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA

37 MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA (chumbo)

38 MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA Fonte de emissão de raios gamas montado perpendicularmente a tubulação do processo ou montado do lado de fora da parede de um tanque e do outro lado da tubulação ou do outro lado da parede do tanque. Câmara de ionização que transforma a radiação Gama recebida em um sinal elétrico de corrente contínua.

39 MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA Utilizado para a medição de densidade nas indústrias de mineração

40 MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA Mede a capacitância do capacitor formado pelo eletrodo submergido no líquido em relação às paredes do tanque. O elemento sensor geralmente é uma haste ou cabo flexível de metal. C = K A d

41 MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA O sensor de capacitância pode ser aplicado a fluidos nãocondutores e condutores. No caso de fluidos condutores o eletrodo deve se inteiramente isolado (com Teflon) para se evitar curto-circuito no sistema de medição.

42 Problemas: Incrustações no tubo Medição de Nível MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA

43 MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA

44 MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA + RADIAÇÃO

45 MEDIÇÃO POR ULTRASSOM Materiais piezoelétricos podem ser usados como gerador de ultra-som: transmissores. Quando se aplica uma força em uma material piezoelétrico, resulta o aparecimento de uma tensão elétrica no seu terminal: receptores.

46 MEDIÇÃO POR ULTRASSOM Acima de 20 khz. Materiais piezoelétricos Velocidade de propagação do som: Na água, a 10ºC, a é de 1440m/s, No ar, a 20ºC, é 343 m/s.

47 MEDIÇÃO POR ULTRASSOM Problemas: Variação com temperatura e espuma.

48 MEDIÇÃO POR RADAR O sinal de radar, que é emitido por uma antena, reflete na superfície do produto e retorna depois de um intervalo de tempo, que é proporcional a distância entre a antena e a superfície do produto. Ex: Petrobras

49 MEDIÇÃO POR RADAR O sinal é gerado por um sistema chamado FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Esta freqüência gerada é da ordem de 8,5 a 9,9 GHz. A medição por radar serve para medir distância, nível, volume, líquidos com espumas, tanques de armazenamento com agitadores etc.

50 MEDIÇÃO POR RADAR FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave).

51 MEDIÇÃO POR RADAR Vantagens do Radar 1. Pode medir nível de líquidos complexos (tóxicos, perigosos, sanitários). 2. Não requer licença legal (como o radiativo). 3. É uma medição sem contato. 4. Apresenta alta precisão em faixa de 1,5 a 60 m. 5. A antena pode ser colocada externamente, totalmente isolada do processo. 6. Nenhuma recalibração é requerida quando se altera as condições de processo, pois a mudança do líquido não afeta a velocidade e freqüência e processamento do sinal. 7. A operação do sistema pode tolerar revestimento do sensor, turbulência da superfície e espuma no líquido (melhor que laser e ultra-som).

52 MEDIÇÃO POR RADAR Desvantagens do Radar 1. Alto custo. 2. Só é aplicada em processo com líquido limpo. 3. Fraca reflexão em sólidos granulados.

53 MEDIÇÃO POR RADAR Influência do vapor no radar Pode haver uma influencia na precisão da medição de nível se a composição do vapor varia entre a condição de sem vapor até vapor totalmente saturado. A pressão e a temperatura sejam medidas e o programa no Medidor de Tanque a Radar corrija a influência do vapor automaticamente. Gases que afetam a transmissão das ondas de radar são: Oxido de propileno, Éter etílico, Éter propílico, Acetaldeido, Proionaldeido, Isotubiraldeido, Acetona, Metanol, Amônia.

54 MEDIÇÃO POR RADAR

55 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA) Tanto de produtos líquidos como sólidos com elevada precisão. O único componente em contato com o meio é um cabo.

56 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA) Opções de cabo ou haste rígidas, comprimentos, materiais e conexões de processo

57 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)

58 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA) Versões com a presença de indicador local e para processos críticos como áreas classificadas ou com altas temperaturas. Funcionamento não é afetado pela presença de gases, vapores, pó, poeira, espuma ou alterações no meio (densidade ou condutividade).

59 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)

60 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)

61 MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA) RD400 - SMAR - Transmissor de Nível por Onda Guiada Vídeo:

62 MEDIDORES DESCONTÍNUOS DE NÍVEL São empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge certos pontos desejados.

63 MEDIÇÃO DESCONTÍNEA DESCONTÍNUA POR ELETRODOS Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimento diferente. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido

64 MEDIÇÃO DESCONTÍNUA POR BÓIAS Este tipo de medidor é utilizado como chave de nível para indicar nível alto ou baixo e, esta informação, também serve para fazermos o intertravamento com bombas.

65 MEDIÇÃO DESCONTÍNUA POR BÓIAS

66 MEDIÇÃO DESCONTÍNEA DESCONTÍNUA POR CAPACITÂNCIA A medição de nível por capacitância também pode utiliza na medição sem contato, através de sondas de proximidade. A sonda consiste de um disco compondo uma das placas do capacitor. A outra placa é a própria superfície do produto ou a base do tanque.

67 MEDIÇÃO DESCONTÍNUA POR CAPACITÂNCIA

68 MEDIÇÃO DESCONTÍNEA DESCONTÍNUA TIPO DIAPASÃO Baseia-se na vibração da haste por um cristal piezoelétrico. 2 modelos: haste rígida e diapasão (garfo). Haste rígida: materiais sólidos. Haste diapasão: produtos sólidos e líquidos.

69 MEDIÇÃO DESCONTÍNUA TIPO DIAPASÃO

70 MEDIÇÃO DE SÓLIDOS

71 MEDIÇÃO DE SÓLIDOS É necessário medir o nível dos sólidos, geralmente em forma de pó ou grãos, em silos, altos-fornos etc., pelos mesmos motivos da medição de nível dos líquidos. As formas mais comuns de medição de nível de sólidos são com a utilização de dispositivos eletromecânicos ou das células de carga.

72 MEDIÇÃO DE SÓLIDOS CÉLULA DE CARGA A célula de carga é um sensor piezoresistivo, também conhecido como strain gauge. R = L. S

73 MEDIÇÃO DE SÓLIDOS CÉLULA DE CARGA Para se instalar este tipo de sensor, era necessário cortar os pés dos silos, para que o silo ficasse apoiado sobre o sensor. Recentemente foram desenvolvidas células presas na estrutura do silo apenas com dois parafusos, queconseguem perceber a modificação da estrutura do material metálico a qual estão presas.

74 MEDIÇÃO DE SÓLIDOS CÉLULA DE CARGA

75 MEDIÇÃO DE SÓLIDOS CÉLULA DE CARGA

76 Medidor de Distância a Laser

77 Medidor de Distância a Laser Techniques for Distance Measurements Time-of-flight measurements (or pulse measurements) are based on measuring the time of flight of a laser pulse from the measurement device to some target and back again. Such methods are typically used for large distances.

78 Medidor de Distância a Laser Neutrinos mais rápidos que a velocidade da luz Emitido da Suíça, a 730Km de distância, o feixe de neutrinos atingiu os detectores do Projeto Opera, na Itália 60 nanosegundos ANTES do esperado.

79 Medidor de Distância a Laser A luz percorre um metro em 3,3ns Para ter-se precisão em cm: A luz percorre um cm em 0,033ns, logo preciso de 30,3 G samples/s $$$$

80 Medidor de Distância a Laser Techniques for Distance Measurements The phase shift method uses an intensity-modulated laser beam. the phase shift is proportional to the time of flight.

81 Medidor de Distância a Laser Techniques for Distance Measurements For small distances, one sometimes uses ultrasonic time-offlight methods, and the device may contain a laser pointer just for getting the right direction.

82 Medidor de Distância a Laser Techniques for Distance Measurements Frequency modulation methods involve frequency-modulated laser beams, for example with a repetitive linear frequency ramp. The distance to be measured can be translated into a frequency offset, which may be measured via a beat note of the sent-out and received beam.

83 Medidor de Distância a Laser Techniques for Distance Measurements Interferometers allow for distance measurements with an accuracy which is far better than the wavelength of the light used.