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

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

2 Aula 12 2

3 É o tipo de medição que se faz para determinar o nível em função de uma segunda variável. Neste tipo de medição, o nível é medido Neste tipo de medição, o nível é medido indiretamente em função de grandezas físicas como: pressão, empuxo, radiação e propriedades elétricas.

4 Tipos de medições de nível indireta: Medição de Nível por Pressão Medição de Nível com Borbulhador Medição de Nível por Empuxo Medição de Nível por Radiação Medição de Nível por Capacitância Medição de Nível por Ultrassom Medição de Nível por Radar Medição de Nível por Laser 4

5 Medição de Nível por Pressão em Tanques Abertos Neste tipo de medição usamos a pressão hidrostática exercida pela altura da coluna líquida para medirmos indiretamente o nível através do conceito do Teorema de Stevin: P = h. δ Onde: P = Pressão em mmh2o ou polegadah2o h = nível em mm ou em polegadas δ = densidade relativa do liquido A pressão no fundo do reservatório é proporcional à quantidade de líquido no seu interior. Essa técnica permite que a medição seja feita independente do formato do tanque seja ele aberto ou fechado pela diferença de pressão. 5

6 Medição de Nível por Pressão Diferencial Normalmente se utiliza 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). 6

7 Medição de Nível por Pressão Diferencial O princípio mais comum de funcionamento dos transmissores de pressão diferencial do tipo diafragma é o princípio de equilíbrio de forças O Medidor de diafragma se baseia na pressão hidrostática. Apresenta uma construção simples sendo recomendado para tanques abertos. As pressões são aplicadas através das conexões de entrada do instrumento a duas câmaras situadas em lados opostos separadas por um elemento sensível (diafragma). Estas pressões, atuando sobre o elemento com uma superfície determinada, produzem forças de mesma direção e sentidos opostos, fazendo originar uma força resultante. 7

8 SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL Medição de Nível por Pressão Diferencial Caso a medição de nível seja realizada em um tanque aberto, a tomada de baixa pressão do transmissor ficará aberta para a atmosfera (figura 1). 8

9 Medição de Nível por Pressão Diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos (Figura 1 abaixo). 9

10 SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL Medição de Nível por Pressão Diferencial A figura 2 (abaixo) mostra o esquema para a medição de nível do líquido em um tanque fechado, contendo uma fase líquida e outra com pressão de um vapor. A tomada superior é conectada ao lado de baixa pressão e a tomada inferior ao lado de alta pressão do transmissor diferencial. 10

11 SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL Medição de Nível por Pressão Diferencial em tanques fechados e pressurizados (Figura 2) 11

12 Medição de nível por pressão diferencial em tanques abertos Logo, como vimos, o lado de alta pressão do transmissor de pressão diferencial é ligado à tomada da parte inferior do tanque e o lado de baixa pressão é aberto para a atmosfera. Visto também que a pressão hidrostática do líquido é diretamente proporcional ao peso do líquido. O transmissor de pressão diferencial é usualmente montado em uma posição que corresponde o nível baixo de medição. Se isto é difícil, ele pode ser montado abaixo do tanque. 12

13 Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos. 13

14 Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos. 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. 14

15 Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos. Supressão de Zero Neste caso, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro da tomada de impulso, se o problema não for contornado, o transmissor indicaria um nível superior ao real. 15

16 Medição de nível por pressão diferencial - Pressão hidrostática em tanques abertos. 16

17 Medição de nível por pressão diferencial em tanques fechados No tanque fechado os lados de alta e baixa pressão do transmissor são conectados individualmente por tubos à parte baixa e alta do tanque respectivamente para obter pressão diferencial proporcional ao nível líquido. A tomada da parte de baixo do tanque possui alta pressão. 17

18 Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados Para medição em tanques pressurizados, a tubulação de impulso da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de baixa pressão do transmissor de nível, é conectada na tubulação de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do liquido. 18

19 Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados Selagem das tomadas de impulso Quando o fluido do processo possuir alta viscosidade (densos), ou quando o fluido se condensar nas tubulações de impulso, ou ainda no caso de o fluído ser corrosivo, devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulações de impulso das câmaras de baixa e alta pressão do transmissor de nível. Selam-se então ambas as tubulações de impulso, bem como as câmaras de alta (H) e baixa (L) pressão do instrumento. O líquido normalmente utilizado para selagem das tomadas de impulso é a glicerina ou o silicone líquido devido à sua alta densidade. 19

20 Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados Selagem das tomadas de impulso Selagem em instrumentação, o sistema utiliza a selagem para isolar o fluído do processo do seu dispositivo de medição. 20

21 Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados Elevação de Zero Na figura abaixo, apresenta-se um sistema de medição de nível com selagem, no qual pode ser feita a elevação, que consiste em anular-se a pressão da coluna líquida na tubulação de impulso da câmara de baixa pressão do transmissor de nível. 21

22 SENSORES E MEDIDORES POR PRESSÃO DIFERENCIAL Medição de nível por pressão diferencial em tanques pressurizados Logo, a medição de nível para efeito de controle de processo pode ser feita simplesmente medindo-se a diferença de pressão entre a parte superior e inferior do tanque onde se encontra o líquido, utilizando-se, para isto, um transmissor de pressão diferencial. 22

23 Medição de nível por pressão diferencial em tanques

24 Medição de Nível com Borbulhador Também se baseia na pressão diferencial medida. Neste tipo de medição, um tubo é inserido no líquido em um vaso cujo um gás ou ar é introduzido. Assim, aumenta-se lenta e continuamente a pressão de suprimento do gás até que se comece a borbulhar. No momento em que começa o borbulhamento, a pressão aplicada é exatamente igual à pressão exercida pela coluna liquida. Logo, o borbulhamento não é intenso. 24

25 Medição de Nível com Borbulhador 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, fazendo o líquido borbulhar. 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. A medição da pressão dentro da tubulação do sistema se faz através de um instrumento receptor que pode ser um manômetro ou qualquer outro instrumento transmissor de pressão. 25

26 Medição de Nível com Borbulhador Com o sistema de borbulhador podemos detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos à distância. 26

27 Medição de Nível com Borbulhador Logo, neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gás e uma pressão ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. Este valor normalmente é ajustado para aproximadamente 20% a mais que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O sistema borbulhador engloba uma válvulaagulha de ar ou gás, um recipiente com líquido na qual o ar ou gás passará pelo mesmo e um indicador de pressão. 27

28 Medição de Nível com Borbulhador Ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades. Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso a qual queremos medir seu nível, teremos então um borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido o qual queremos medir o nível. 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. Nota-se que teremos condições de instalar o medidor à distância devido a instalação de um transmissor de pressão. 28

29 Medição de Nível com Borbulhador 29

30 Medição de Nível com Borbulhador 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 (transmissor). 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. 30

31 Medição de Nível com Borbulhador 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. A válvula-agulha é um dos sistemas mais usados para regular o suprimento de ar ou gás na tubulação. 31

32 Medição de Nível com Borbulhador A - Materiais O tubo de medição pode ser executado em qualquer material de acordo com o fluido a ser monitorado. Ele poderá ser de aço inox ou aços especiais materiais plásticos como PCV, teflon, etc. B - Erros de Calibração O erro neste tipo de medição é devido somente ao erro do elemento receptor. O sistema não introduz erros consideráveis desde que convenientemente montado e regulado. 32

33 Medição de Nível com Borbulhador C - Recomendações para seleção O método do borbulhamento tal como descrito não é indicado para vasos sob pressão, visto que uma variação na pressão do vaso irá afetar a leitura, somando-se à coluna de líquido. Isto faz com que o instrumento receptor acuse nível maior que o realmente existente nos vasos. Sob vácuo ocorre o mesmo. Nestes casos deve-se usar um instrumento de pressão diferencial onde uma das tomadas é ligada ao topo do equipamento. Os borbulhadores também não são recomendados quando o ar ou gás possa contaminar ou alterar as características do produto. O ar utilizado deve ser o ar de instrumentos, seco e isento de óleo, ou qualquer gás inerte. O líquido não deve conter sólidos em suspensão e sua densidade deve manter sempre constante. 33

34 Medição de Nível com Borbulhador D - Recomendações para Instalação O tubo de medição deve ser instalado firmemente, não permitindo vibrações ou deslocamentos longitudinais. Deve-se cuidar para que equipamentos como agitadores ou serpentinas não interfiram no funcionamento dos borbulhadores. Deve-se, sempre que possível, instalá-lo em um ponto onde as variações de nível por ondulação da superfície sejam mínimas e onde é possível instalar quebra-ondas. A extremidade do tubo imersa no líquido deve ter um corte em ângulo ou um chanfro triangular conforme a figura, com a finalidade de formar bolhas pequenas, garantindo uma pressão no interior do tubo o mais estável possível. 34