Medição de Nível - SENAI - MG

Medição de Nível - SENAI - MG

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Medição de Nível SENAI-CETEL

1 INTRODUÇÃO3
2 VISORES DE NÍVEL3
3 BÓIAS OU FLUTUADORES4
3.1 COMO ESCOLHER UM FLUTUADOR?6
4MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA7
4.1 SUPRESSÃO E ELEVAÇÃO DE ZERO9
4.2 ELEVAÇÃO DE ZERO9
4.3USO DE POTES DE SELAGEM NA MEDIÇÃO DE NÍVEL10
4.4 SUPRESSÃO DE ZERO1
5 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR EMPUXO12
6MEDIÇÃO DE NÍVEL POR BORBULHADOR OU SISTEMA DE PURGA13
7 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR SENSOR CAPACITIVO14
8MEDIDOR DE NÍVEL ECOSSÔNICO OU ULTRASSÔNICO15
9 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PESAGEM16
10 EXERCÍCIOS18
1 BIBLIOGRAFIA23

MEDIÇÃO DE NÍVEL Apostila elaborada por Márcio Mattoso de Pádua

Medição de Nível SENAI-CETEL

1 INTRODUÇÃO

O conceito de nível, de tão intuitivo, chega a parecer banal do ponto de vista do leitor. No entanto, devemos conceituá-lo afim de dar prosseguimento aos nossos estudos. Nível é a altura de um determinado conteúdo sólido ou líquido dentro de uma região que o confine. Por exemplo, ao dizermos que um tanque de armazenamento de óleo está cheio, estamos dizendo que o seu nível está elevado, ou mesmo numa época de cheia efetua-se medições adequadas afim de se publicar que um determinado rio teve seu nível aumentado em 5 metros.

A forma de se medir o nível de um produto depende imensamente do tipo de produto que se deseja medir. Estaremos nos atendo de uma forma mais sistemática nas diversas formas básicas de medição de nível utilizando métodos diretos e indiretos para tal.

Os métodos diretos de medição compreendem aqueles em que o medidor ou está colocado diretamente sobre a superfície do produto, ou deixa transparecer exatamente isto. Exemplos são os bastões graduados, visores de vidro, uso de bóias na superfície de líquidos, contato de eletrodos, interrupção de fachos de luz e conseqüente detecção por células fotoelétricas, reflexão ou absorção de radiações, etc.

Os métodos indiretos compreendem aqueles em que se usa uma outra variável física que se relacione com o nível de forma que esta variável torna-se o objeto de medição para indiretamente se determinar o nível. Exemplos são a medição de pressão hidrostática e o empuxo exercido por um líquido sobre um flutuador parcialmente imerso.

2 VISORES DE NÍVEL

Os visores de nível são tubos de vidro acoplados diretamente ao tanque aonde se deseja fazer a medição. (Fig.01 - Visores de Nível)

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O tipo mais comum de visor de nível é o utilizado para medição em tanques abertos, onde o tubo de vidro é simplesmente conectado ao fundo do tanque. Pela teoria dos vasos comunicantes o nível tanto no tanque quanto no tubo será o mesmo e uma escala graduada do lado de fora do tubo indicará o valor da medição.

Para tanques fechados utiliza-se um tubo de vidro interligado às duas extremidades do tanque. A inclusão de válvulas de isolação é quase que uma unanimidade nestes casos para facilitar em caso de manutenção do tubo. É freqüente também o uso de válvulas de retenção do tipo de esfera. Esta esfera fica ligeiramente afastada do assento até que a diferença de pressão entre seus dois lados aumente muito, quando esta é pressionada contra o assento impedindo a passagem de fluido. Bastante útil é este artifício, no caso de quebra do tubo de vidro, por exemplo, impedindo o vazamento do produto do interior do tanque. Este visor de vidro pode ser cilíndrico ou plano.

3 BÓIAS OU FLUTUADORES

O princípio de seu funcionamento é bastante simples, haja vista, uma bóia flutuando sobre a superfície do líquido acompanha o nível em que ele se encontra e transmite os movimentos para a parte externa do tanque caso a altura do produto se altere.

Existem várias formas de se receber o sinal da bóia externamente ao tanque. A mais elementar, porém bastante eficiente forma de se medir através de uma bóia é através de um sistema de roldanas como mostrado na figura 02, transmitir o movimento a um contrapeso que fica por sobre uma escala de graduação que pode ou não ser invertida em relação ao nível do tanque.

Fig. 02 - Medição de nível com bóia, roldanas contrapeso

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Uma outra forma de processar o movimento da bóia é acoplá-lo a uma ampola de mercúrio ou a um microinterruptor de forma que seja feito uma detecção de sinal de nível alto ou baixo. Este sinal pode ser usado tanto para alarme quanto para controle. A diferença estará a cargo, na realidade, do número de interruptores acoplados externamente ao tanque sob a atuaçaõ do contrapeso do conjunto de medição. Mesmo sendo utilizado para controle, este sinal dos contatos elétricos não corresponde a um sinal contínuo de processo.

Fig. 03 - Bóia acoplada a micro interruptores

Um sinal contínuo de processo pode ser obtido de uma medição por bóia, se esta produzi um movimento angular dentro da faixa de medição. Este movimento angular é transmitido a um potenciômetro, que variará sua resistência de acordo com as variações do nível do tanque. Uma vez tomadas as variações de resistência, um circuito eletrônico adequado processa este sinal e o converte para sinal de instrumentação de 4 a 20 mA.

Com a bóia temos a indicação direta do nível do tanque. Sendo assim este dispositivo permite a determinação direta também do volume de líquido contido no recipiente. Haja vista:

Caso a área da seção transversal do tanque seja constante ao longo de sua altura o volume realmente é uma função direta somente do nível do tanque.

Caso conheçamos a densidade do material contido no tanque e esta possa ser supostamente constante em toda o seu volume, podemos também facilmente determinar a massa de produto contido no tanque. Certamente que sim, uma vez que:

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Um outro sistema que utiliza-se de flutuadores para medição de nível, geralmente de líquidos de pequena densidade e que emitem gases tóxicos ou inflamáveis é o do medidor de nível com acoplamento magnético.

Neste tipo de instrumento a bóia consiste de dois imãs que deslizam sobre guias altamente resistentes a pressão, adjacentes a um tubo guia selado. Este tubo guia, por sua vez tem dentro de si um flutuador de aço inoxidável que acompanha a posição dos imãs externos. O movimento do flutuador é enviado para a parte externa ao tanque também por meio de polias e pode acionar dispositivos tanto de apenas de indicação, quanto um transmissor eletrônico.

3.1 COMO ESCOLHER UM FLUTUADOR?

A escolha do flutuador deve ser feita de acordo com a natureza e a temperatura do líquido que se quer medir: a) Flutuadores de Cortiça Impregnada ou de Latão: São resistentes à água, aos óleos e aos hidrocarbonetos; b) Flutuadores de Aço Inox: Adequado para produtos químicos, pois resiste a altos níveis de corrosão; c) Flutuadores de Quartzo: Para atmosferas extremamente agressivas; resiste a fortes os ataques corrosivos e também a choques térmicos; d) Flutuadores de Matéria Plástica: Resiste a ataques mas não resiste ao calor.

Quanto à forma do flutuador, recomenda-se que este seja de cilíndrico de grande razão diâmetro por altura (8:1, 10:1), para fluidos que tiverem grandes variações em sua densidade. Salvo este caso, o flutuador de forma esférica é o mais recomendado.

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4 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA

Esta é sem dúvida uma das formas mais usuais de se medir o nível de um determinado reservatório: fazendo-se a medição indireta através da pressão exercida pela coluna líquida no fundo do tanque.Este princípio de medição baseia-se na equação já vista em nossas premissas, que diz:

Devemos também nos reportar ao fato de que se expressarmos a densidade de um líquido através de seu valor relativo (densidade relativa), então a equação anterior pode ser modificada para:

E para tal, a unidade de pressão será feita em coluna líquida, o que torna ainda mais conveniente este tipo de medição. Prova disso é que se a pressão medida por um transmissor no fundo de um tanque que contém água for de 250mmH2O, então o nível desta no tanque é exatamente 250mm. Para ambas as equações, pa será a pressão na superfície do líquido do qual se quer medir o nível.

Duas situações igualmente importantes devem ser tratadas neste momento:

a)Medição em Tanque Aberto

Fig.04- Medição de nível com transmissor de pressão em um tanque aberto

Nesta situação, o valor de pressão (em coluna líquida) medida pelo transmissor acoplado ao fundo do tanque é exatamente correspondente ao valor do nível do

Medição de Nível SENAI-CETEL tanque. A faixa de medição do instrumento será dada pelo valor máximo da altura da coluna fluida.

Obviamente a conexão do transmissor é feita do lado de alta ao fundo do tanque, e deixando-se o lado de baixa aberto para a atmosfera – estamos claramente medindo pressão manométrica.

b) Medição em Tanque Fechado

Fig.05 - Medição de nível com transmissor de pressão em um tanque fechado

A pressão na parte de cima do tanque e portanto na superfície do líquido,neste caso, não é mais zero ou a atmosférica como antes, mas sim um outro valor qualquer que pode inclusive ser bastante elevado, como é o caso de caldeiras. É extremamente importante não deixar como anteriormente um dos lados do transmissor para a atmosfera pois estaríamos aplicando em sua câmara de alta, um valor muito elevado de pressão, correndo o risco de danificá-lo e também ao processo.

Para uma correta medição deste tipo em tanque fechado, devemos conectar o lado de alta do transmissor ao fundo do tanque e o lado de baixa à sua extremidade superior. Analisando a figura 04 anterior, percebemos que:

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Este resultado nos diz que fazendo a ligação do transmissro desta forma ao tanque estaremos cancelando a pressão na superfície do fluido de forma que o transmissor somente enxerga a coluna líquida, como era o nosso desejo.

4.1 SUPRESSÃO E ELEVAÇÃO DE ZERO

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