Medição de Nível em Instrumentação Industrial

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Instrumentação Industrial 
NÍVEL 
 
 
Profa. Margarete Martins Pereira Ferreira 
 Nível 
 
 
Altura do conteúdo de um reservatório 
 
 
Material pode ser líquido ou sólido 
Necessidade 
Manter a variável em um valor 
estipulado 
 
 
Determinação da quantidade 
 
 Volume ou massa 
Medição Direta 
 
É a medição que se faz tendo como 
 referência a posição do plano 
 superior da substância. 
Medição Indireta 
 
Nível é medido em função de uma 
segunda variável. 
Comparação entre métodos 
Determinação do Nível 
 
Medidas diretas 
 
 Variação do peso específico do líquido a 
medir com o tempo. 
Determinação do Volume 
 
Medidas diretas. 
 
 Conhecendo-se a área da seção 
transversal 
 
V = S . h 
Determinação da Massa 
 
Medidas indiretas 
 
 M = S. h . ρ mas ρ = ∂ /g 
 
M = S. h ∂/g e h = P ∂ 
 
∴ M = S P/ g 
Onde: P = peso do produto 
ρ = massa específica ; M = massa 
Medição Direta 
 Réguas e Gabaritos 
 
Consiste em uma régua graduada que tem o 
 comprimento conveniente, para ser introduzido 
 dentro do reservatório onde deseja-se medir o 
 nível. 
Régua e Gabarito 
Instrumentos simples; 
Baixo custo; 
Medidas diretas. 
 
 A graduação da régua deve ser feita a uma 
temperatura de referência, podendo estar 
graduada em unidades de comprimento, volume 
ou massa. 
 
 
Visores de Nível 
 
Princípio dos vasos comunicantes 
 Monitoração do nível de líquido ou da 
interface entre dois líquidos 
imiscíveis, em vasos, colunas, 
reatores, tanques etc. 
Submetidos ou não a pressão. 
Medição Direta 
Simples; 
Baratos; 
Precisos; 
Frágeis; 
Não recomendados para o controle 
automatizado e requerem limpeza 
periódica. 
 
 
 
 
Visores tubulares 
 
São normalmente fabricados com tubos de vidro 
retos com paredes de espessuras adequadas a 
cada aplicação. 
 
Fixado entre duas válvulas de bloqueio especiais 
com uma tubulação de bypass, para facilitar sua 
remoção para limpeza. 
Recomendações para os visores de vidro 
tubular 
 
Uso em processos que não apresentam 
pressões superiores a 2,0 bar e sob 
temperaturas que não excedam 100 oC. 
 
 
Devido à fragilidade não se recomenda 
o seu uso com líquidos tóxicos, 
inflamáveis ou corrosivos. 
Visores Tubulares 
Visores de vidros planos 
Substituíram, ao longo dos anos, quase a 
totalidade dos visores tubulares (90%). 
 
Mais seguro em aplicações com pressões 
elevadas. 
Visor de vidro plano com várias seções 
Visores Planos Refletivos (reflex) 
 Constituídos por um corpo no qual se 
encava um canal por onde passa o 
liquido. 
O corpo pode ser usinado de uma barra 
(quadrangular) ou tubo (circular) de aço 
inoxidável. 
Sobre o canal encontra-se um vidro 
plano com ranhuras prismáticas. 
 As ranhuras prismáticas produzem a refração 
da luz quando esta passa do vidro para o 
líquido. 
 
Canal do medidor - vazio, a luz incidente é 
refletida pelas superfícies prismáticas, 
fazendo com que o visor apresente coloração 
prateada. 
 
Canal do medidor – ocupado, coloração 
escura, devido ao fato de a luz ser quase toda 
refratada, havendo, portanto, muito pouca 
reflexão. 
 
Inadequados para 
 
líquidos viscosos; 
 
para a monitoração de interface entre 
líquidos. 
Visores Planos Transparentes 
Possuem dois vidros planos montados sobre 
lados opostos do canal. 
 
Sobre cada vidro é colocado o espelho. 
 
Usados para indicar a variação de nível, o fluido 
de processo pode ser colorido ou viscoso 
(permite a percepção da cor do fluido). 
Para visualizar o nível de fluidos corrosivos 
ao vidro, a superfície interna 
 do vidro é protegida por uma película de 
mica transparente. 
 
 
No caso do visor refletivo, a necessidade 
de ranhuras prismáticas com 
características refletivas impede a 
aplicação de mica. 
 
Medição Direta 
Boia ou Flutuador 
 
Consiste numa boia presa a um cabo que tem sua 
extremidade ligada a um contrapeso. 
 
No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará 
diretamente o nível em uma escala. 
 
 Normalmente encontrada em tanques abertos. 
Displace – Empuxo 
 
Este medidor de nível é provido de um detector 
que utiliza o princípio de Arquimedes. 
 
“Um corpo imerso em um líquido sofre a ação de 
uma força vertical dirigida de baixo para cima 
igual ao peso do volume do líquido deslocado.” 
 
Medição Direta 
Deslocador 
Forma de um cilindro oco; 
fabricado em aço inox 304 ou 316, Monel, 
Hastelloy e teflon sólido. 
 
A escolha do material: temperatura e poder 
corrosivo do fluido. 
 
 Se necessário, são depositados contrapesos 
granulados, a fim de ajustar o peso do 
deslocador. 
 
 
Borbulhador 
Medidor Capacitivo 
Ultrassom 
Radioativo 
Pesagem 
Medição Indireta 
Borbulhador 
Necessário 
Suprimento de ar ou gás e uma; 
Pressão ligeiramente superior à máxima 
pressão hidrostática exercida pelo líquido. 
 
Ajuste: 20% a mais que a máxima pressão 
hidrostática exercida pelo líquido. 
Sistema borbulhador 
 
 válvula agulha; 
 um recipiente com líquido na qual o ar ou gás 
 passará; 
 um indicador de pressão. 
 
Valor equivalente a pressão devido ao peso da 
 coluna líquida. 
Borbulhador 
Utilizado para detectar nível de líquidos 
viscosos, corrosivos, .... 
 
Pode ser realizada leitura remota. 
Medidor Capacitivo 
Capacitor? 
 
Dois condutores, denominados placas, 
separados por um material dielétrico. Muito 
utilizado em circuitos elétricos, Principal 
característica: armazenar cargas elétricas. 
 
A grandeza que caracteriza um capacitor é a 
capacitância, expressa em farads (F). 
 
Um capacitor de 1 F armazena 1 C de carga ao 
ser submetido a uma diferença de potencial de 1 
V. 
 
Capacitância é função da 
 área das placas; 
 da distância entre as placas; 
 da constante dielétrica do meio entre as placas. 
Medidor por capacitância 
 Sonda vertical inserida no tanque 
 
  A sonda serve como uma das placas do 
capacitor. 
  As paredes do tanque outra placa e o fluido 
comportasse como dielétrico. 
 
A capacitância é medida através de um circuito 
em ponte de corrente alternada 
 
 Excitado por um oscilador de alta frequência 
(500 kHz a 1,5 MHz). 
 
Constante dielétrica da maioria dos líquidos é 
maior que a dos vapores as variações de nível 
se traduzem em variações praticamente lineares 
de capacitância. 
P e T: Isolamento 
da sonda. 
 
Características do 
fluido: revestimento. 
Ultrasom 
O ultrassom é uma onda mecânica de frequência 
acima da faixa sensível pelo ouvido humano 
(acima de 20 kHz). 
 
Aplicações: 
 Necessidade de ausência de contato físico. 
 Características químicas do meio medido 
contaminações, meio incrustante. 
Mede-se o tempo necessário para um pulso de 
ultrassom percorrer a distância entre o sensor e 
o material a ser detectado (ida e volta). 
 
Um circuito eletrônico inteligente processa o eco 
recebido (sinal refletido pela superfície do 
material) e calcula a partir do tempo de percurso 
a distância entre o sensor e a superfície. 
Radioativo 
Utilizados para medição de nível de líquidos, 
polpas ou sólidos granulados, em aplicações 
onde outras tecnologia não possamser 
empregadas. 
 
 
 
Sistemas 
 
consistem de uma fonte de emissão de raio 
gama (d); 
um detector tipo câmara de ionização; 
uma unidade eletrônica conversora e 
transmissora de sinal. 
A fonte, normalmente de césio 137, é alojada em 
cápsula de aço inox e blindada por chumbo ou 
ferro fundido. 
O detector mais utilizado é formado por uma 
câmara contendo gás inerte pressurizado, 
submetido a uma tensão contínua negativa (-15 
V) e um coletor de elétrons (que são retirados da 
última camada do átomo pela incidência do raio 
gama). 
 
A corrente elétrica, produzida pela passagem do 
raio gama é diretamente proporcional à 
intensidade da radiação e inversamente 
proporcional ao nível do produto no tanque. 
Esse sinal é convertido em tensão ou frequência 
para, finalmente, ser transmitido pela unidade 
eletrônica através de sinal de corrente de 4 a 20 
mA. 
 
Pesagem 
Realiza-se a instalação de células de cargas nas 
bases de sustentação do silo. 
Célula de carga é um sensor constituído por fitas 
extensiométricas, fixado adequadamente em um 
bloco de aço especial com dimensões calculadas 
para apresentar uma deformação elástica e 
linear quando submetido a uma força. 
Essa deformação é detectada pelas fitas 
extensiométricas através da variação de sua 
resistência elétrica. 
 
As células de carga podem ser instaladas sob 
os pontos de apoio da estrutura do silo, sendo 
detectado o peso aplicado.