Aplicações Tipicas de Medidores de Densidade e Suas Características na Indústria, Notas de estudo de Mecatrônica

Baixe Aplicações Tipicas de Medidores de Densidade e Suas Características na Indústria e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! * AtualInstrumentação Mecatrônica Atual nº17 - Agosto - 2004 49 Este artigo tem como objetivo apresentar as aplicações típicas dos medidores de densidade e discriminar suas características, necessidades e vantagens dentro da indústria. medida da densidade (massa/volume) é muito importante dentro da indús- tria e, em alguns casos, ela é utili- zada como parâmetro adicional do processo também como redundân- cia, ou como parâmetro de qualidade, uma vez que em outras situações é também usada como set-point, segu- rança, etc... Nas usinas de açúcar e álcool a densidade sempre foi considerada a variável mais importante, pois está dire- tamente relacionada com graus INPM, graus Gay Lussac, e outros parâme- tros necessários nessa indústria. Outro exemplo relevante da medi- ção de densidade é que, através dela, torna-se possível a medição de graus Brix de soluções açucaradas. No caso de usinas de açúcar e álcool, o grau Brix é um parâmetro determinante do estado do produto final, de um subpro- duto ou mesmo do estado de um pro- duto intermediário que, mais tarde, será utilizado no processo final. Esse deve possuir suas características físicas pré- determinadas de acordo com a receita do processo para chegar à etapa final com um valor de graus Brix pré-ajus- tado pelo set-point do processo, isso garantirá a preservação das caracterís- ticas do produto por meio da medição e controle do grau Brix ou da densidade. Com o desenvolvimento de novas práticas de medição de densidade, tornou-se possível o incremento da medição e controle de inúmeros parâ- metros relacionados à mesma em N processos, como os referidos nos seguintes segmentos: Usinas de Açúcar e Álcool: brix do caldo misto, brix do mosto, brix do xarope, brix do mel, brix do magma, brix da calda dissolvida, baumé do leite de cal, nível de interface do ciclo hexano, densidade do lodo decanta- A Medidores de densidade em linha Rogério Dias Gimenes* dor, grau INPM do álcool hidratado, grau INPM do álcool anidro, Gay Lussac em soluções, etc. Indústria de Laticínios: lactose do leite e derivados, brix do leite con- densado, brix, concentração e por- centagem de sólidos em suspensão do iogurte, porcentagem de sal no requeijão, etc. Indústria Alimentícia: densidade, gravidade específica e baumé leve de óleos vegetais, brix de xarope de frutas, concentração de amido, concentração de glucose em doces diversos, brix da glucose, brix da gelatina, geléia e mel, brix, concentração e porcentagem de sólidos em suspensão da polpa de tomate, brix de suco de frutas, baumé denso, porcentagem de sal e concen- tração da mostarda e catchup, etc. Indústria de Papel e Celulose: porcentagem de sólidos em suspen- são do licor negro, porcentagem de sólidos em suspensão e densidade do licor verde, licor branco e licor verme- lho, concentração de soda cáustica, concentração da lama de cal, cinzas e talco, concentração de tinta, concen- tração de polpa de celulose, etc. Indústria de Bebidas: grau platô nos processos de fermentação e cozi- mento da cerveja, grau INPM e Gay Lussac da cerveja, brix em refrigeran- tes e sucos, concentração de glucose, porcentagem de sólidos em suspen- são da cerveja pré e pós-filtragem, brix, grau INPM e Gay Lussac em lico- res e vinhos, grau INPM e Gay Lussac em aguardente e tequila, etc. Indústria Química: concentração de ácidos e soda cáustica, concentra- ção de sal, densidade e porcentagem de sólidos em suspensão em detergen- tes, concentração e baumé denso da uréia, densidade do tolueno e potás- sio, concentração de glucose, etc. Mineração: densidade e sólidos em suspensão da polpa de minério, concentração de ácidos e amido, con- centração da lama de cal, etc. Indústria Petroquímica: densi- dade da água de lavagem de gases e óleos lubrificantes, densidade e grau API de óleos combustíveis, gasolina e querosene, densidade de hidrocar- bonetos, densidade de petróleo bruto para medições técnicas e medições fiscais, etc. Indústria de Tintas: twadell de esmalte sintéticos e látex, densidade de produtos intermediários, etc. A necessidade da medição da den- sidade e de parâmetros relacionados a ela, dentro de todos os segmentos industriais, impulsionou o desenvolvi- mento de instrumentos de medição de densidade em linha, ou seja, medido- res de densidade que pudessem estar instalados no próprio processo para a medição contínua da densidade e demais variáveis relacionadas a ela, diretamente no processo. A possibilidade da medição contí- nua no processo da densidade e suas variáveis relacionadas (porcentagem de sólidos em suspensão, concentra- ção, grau brix, grau baumé denso e leve, grau API, lactose, salinidade, gra- vidade específica, Gay Lussac, grau INPM, twadell, etc.) gera um grande ganho de tempo, qualidade, informa- ção e otimização do processo, uma vez que ela está relacionada com inú- meros fatores primordiais dentro do conceito de produção industrial. No passado, a densidade no meio industrial era obtida indiretamente para os meios líquidos. Ela era reali- zada através da medição de tempe- ratura dos mesmos, com o auxílio de uma tabela de fatores de densi- dade baseada na mudança da tem- peratura específica para o líquido em InstrumentaçãoAtual Mecatrônica Atual nº17 - Agosto - 200450 questão. Nesses casos, a temperatura ambiente será a sua medida de refe- rência como, por exemplo, a água que na temperatura ambiente possui sua densidade de 997 kg/m3 (aproxima- damente 1000 kg/m3 = 1 kg/l), onde temos o valor arredondado para efeito de cálculo. Dessa forma, para cada líquido era necessário usar também uma tabela específica de fatores de densidade com a mudança de temperatura, visto que cada líquido possui suas próprias características e varia de forma dife- rente em função da temperatura. Essas medidas realizadas com base na temperatura e tabelas eram posteriormente confirmadas laborato- rialmente, mas nunca com as mesmas condições do processo, o que resul- tava em erros de medição de grandes proporções. No caso de gases, além da medi- ção de temperatura, também se deve considerar a pressão relativa (medida no processo) e utilizar uma tabela de fatores de densidade com a mudança de temperatura e pressão específica para o gás em comparação. Isso porque cada tipo de gás reage de uma forma diferente a uma determi- nada temperatura e pressão relativa. Um exemplo clássico da densidade de gases à temperatura ambiente e pressão atmosférica é a densidade do ar, que é 1,293 kg/m3. A MEDIÇÃO DA DENSIDADE EM LINHA (“ON LINE”) Atualmente a indústria se beneficia da existência de medidores de densi- dade em linha, com ótima concepção tecnológica. Esses foram desenvolvi- dos e aperfeiçoados ao longo dos últi- mos anos, apresentando uma maior precisão, inteligência, durabilidade e variedade quanto aos tipos de densí- metros de processo existentes. No início da implementação desses medidores nas indústrias, algumas empresas mais resistentes a esta tecnologia, perguntavam-se se a implantação desses instrumentos era favorável em relação de custo/ benefício, principalmente com relação à precisão dos mesmos. Em relação aos métodos antigos de medição de densidade nas indús- trias, onde os operadores considera- vam temperatura, pressão (no caso de gases) e tabelas para se ter uma referência da densidade, esses medi- dores de densidade em linha iniciais já estavam muito a frente dos méto- dos antecessores. Tanto é verdade, que hoje os densímetros em linha existentes no mercado encontram-se num patamar de tecnologia surpreen- dente. Embora a precisão desses instru- mentos seja excelente, antes de se pensar na instalação de um densíme- tro de processo, é necessário avaliar se realmente ele terá uma função no processo industrial. Para isso, deve-se conhecer a importância das informa- ções no sistema de supervisão e con- trole da planta, sobre que ponto do processo instalar o instrumento para obter a medição mais concreta do resultado do mesmo, qual o nível de manutenção que este instrumento geraria adicionalmente à planta, etc. Com base nesta avaliação, com certeza, o ponto de partida para a ins- talação deste tipo de instrumento será mais apropriado, pois as perguntas de um questionamento técnico/econômico por parte da indústria terão respostas mais positivas e animadoras, fazendo com que esta implantação de pelo menos um densímetro em linha no seu processo, certamente tenha uma boa relação custo/benefício. INSTRUMENTOS UTILIZADOS PARA MEDIÇÃO DE DENSIDADE EM LINHA Medidor de densidade e concentração tipo vibratório Este instrumento permite a medi- ção da densidade, concentração e variáveis relacionadas de líquidos, misturas líquidas e fluidos multifási- cos. Suas unidades de medição são as seguintes: porcentagem de massa, porcentagem de volume, graus brix, graus baumé, graus API, platô, e outras sob consulta. O sensor deste instrumento é um elemento oscilante, do tipo diapasão ou tubo, onde o líquido a ser medido passa através do elemento oscilante, que é excitado eletricamente, através de uma bobina vibrando em sua fre- qüência característica (figura 1). Princípio de funcionamento do sensor tipo diapasão. F.1 Tanto o sensor tipo diapasão quanto o sensor tipo tubo vibram a uma freqüência conhecida no momento em que o fluido está imóvel no seu inte- rior. Quando este fluido está em movi- mento, esta freqüência de vibração é modificada de acordo com a den- sidade do fluido e é avaliada por uma bobina de medição. Assim, com a variação da densidade do fluido em movimento, a freqüência também mudará conforme esta variação. Dessa forma, esta freqüência é sempre avaliada em frações de milis- segundos pela unidade eletrônica do conjunto sensor/transmissor e transfor- mada em um sinal proporcional a densi- dade e concentração. Ao mesmo tempo, um sensor de temperatura incorporado ao sensor de densidade mede continua- mente a temperatura do fluido. Essa temperatura é então utilizada para reali- zar correções na medição de densidade de acordo com a variação de tempe- ratura do fluido. Assim, a influência da temperatura no elemento oscilante e no comportamento da densidade do fluido é considerada na medição. Pois, com a variação da temperatura, há uma varia- ção volumétrica e, por conseqüência, uma variação também no valor da den- sidade. Essas correções são realizadas dire- tamente na unidade eletrônica do den- símetro e com isso, o instrumento pode possuir (ou não) indicação local, indi- cação remota, configuração local via teclado frontal ou mesmo remota via HART, sinal de saída padrão de 4-20 mA proporcional a densidade ou outra variável correlata, o que é configurável.