Aula - Medição de Nível

7/26/2019 Aula - Medio de Nvel

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MEDIO DE NVEL

ENG3501Instrumentao Industrial

Prof. Letcia Chaves Fonseca


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Medio de Nvel

1INTRODUO2MTODOS DE MEDIO DE NVEL DE LQUIDO

2.1MEDIO DIRETA

2.1.1RGUA OU GABARITO

2.1.2VISORES DE NVEL2.1.3BIA OU FLUTUADOR

2.1.4VARETA

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Medio de Nvel

2.2MEDIO INDIRETA2.2.1MEDIO DE NVEL POR PRESSO

2.2.2 MEDIO DE NVEL POR PRESSO DIFERENCIAL EMTANQUES FECHADOS E PRESSURIZADOS

2.2.3MEDIO DE NVEL COM BORBULHADOR2.2.4MEDIO DE NVEL POR EMPUXO

2.2.5MEDIO DE NVEL COM RAIOS GAMA

2.2.6MEDIO DE NVEL CAPACITIVO

2.2.7 - MEDIO DE NVEL POR ULTRASSOM

2.2.8 - MEDIO DE NVEL POR RADAR

3MTODOS DE MEDIO DE NVEL DE SLIDOS

4EXERCCIOS

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1. Introduo

Nvel a altura do contedo de um reservatrio. Ocontedo pode ser slido ou lquido.

Atravs da determinao de nvel de um reservatriotemos condies:

Avaliar o estoque de tanques de armazenamento.

Controle de processos contnuos onde existam volumeslquidos ou slidos de acumulao temporria,amortecimento, mistura, residncia, etc.

Segurana de alguns processos onde o nvel do produto

no pode ultrapassar uma determinada faixa.

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2. Mtodos de Medio de Nvel deLquido

O nvel de lquido , em geral, expresso como umamedida de comprimento em relao a uma referncia(base de um tanque, por exemplo).

So vrias as tcnicas usadas na medio do nvel delquido.

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Vo desde:

a visualizao direta do nvel de lquido em um tanquecom o uso de tubo de vidro externo (visualizadores);

determinao da altura do lquido atravs da medioda presso na base de um tanque;

at o uso de ultrassom para determinar a interface do

lquido (ou mesmo entre lquidos).

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Os dois mtodos bsicos de medio de nvel delquidos so:

2.1 Direto

2.2 Indireto

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2.1Medio Direta

a medio que tomamos como referncia emrelao posio do plano superior da substnciamedida.

Neste tipo de medio podemos utilizar:

2.1.1 Rguas ou gabaritos,2.1.2 Visores de nvel,

2.1.3 Boia ou flutuador,

2.1.4 Vareta

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2.1Medio Direta

2.1.1 - Rgua ou Gabarito

Rgua graduada com um comprimento conveniente paraser introduzida dentro do reservatrio a ser medido.

A determinao do nvel ser atravs da leitura direta docomprimento molhado na rgua pelo lquido.

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2.1Medio Direta

2.1.1 - Rgua ou Gabarito

Indicador de Nvel com

Rgua Externa p/ lquidos.Utilizados em tanques dearmazenamento, sua funo indicar o nvel de lquidos,

onde ocasionalmente a alturaexcessiva no permite ainstalao de outrosinstrumentos.

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2.1.2 - Visores de Nvel

Usa o princpio dos vasos comunicantes.

O nvel observado por um visor de vidro especial,podendo haver uma escala graduada acompanhando ovisor.

Esta medio feita em tanques abertos e tanquesfechados.

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2.1Medio Direta

2.1.3 - Boia ou Flutuador

Consiste numa boia presa a um cabo que tem sua

extremidade ligada a um contrapeso.

No contrapeso est fixo um ponteiro que indicardiretamente o nvel em uma escala.

Esta medio normalmente encontrada em tanquesabertos ou fechados e no pressurizados.

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2.1.4Vareta

Se o tanque tem posicionamento de difcil acesso e o

fluido tem caractersticas apropriadas, pode-se pensar nouso da vareta molhada.

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2.2.1 - Medio de Nvel por Presso

Um dos princpios bsicos da medio de nvel industrial

a de que diferentes materiais ou diferentes fases domesmo material tem diferentes densidades.

Esta lei natural bsica permite que se mea o nvelatravs da medio de presso.

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2.2Medio Indireta


Dois arranjos so feitos, quando o tanque aberto para

a atmosfera ou quando est fechado e pressurizado comgs.

Em ambos os casos o manmetro registra uma presso (oudiferena de presso no caso do tanque fechado)exercida pela altura da coluna lquida, para medirmosindiretamente o nvel, como mostra abaixo o Teorema deStevin:

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P = h .

Onde:

P = Presso em mm H2O ou polegada H2O

h = nvel em mm ou em polegada

= densidade relativa do lquido em relao gua na temperatura ambiente.

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2.2.1.1 - Supresso de Zero

Para facilitar a manuteno e acesso ao instrumento,muitas vezes o transmissor instalado abaixo do tanque.

Ou pela falta de plataforma fixadora em torno de umtanque elevado resulta na instalao de um instrumentoem um plano situado em nvel inferior base do tanque.

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Em ambos os casos, uma coluna lquida se formar com a

altura do lquido dentro da tomada de impulso, se oproblema no for contornado, o transmissor indicaria umnvel superior ao real.

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2.2Medio Indireta



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2.2.2 - Medio de Nvel por Presso Diferencial emTanques Fechados e Pressurizados.

A tubulao de impulso da parte de baixo do tanque conectada cmara de alta presso do transmissor denvel.

A presso atuante na cmara de alta a soma da

presso exercida sob a superfcie do lquido e a pressoexercida pela coluna de lquido no fundo do reservatrio.

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2.2.2 - Medio de Nvel por Presso Diferencial em TanquesFechados e Pressurizados.

A cmara de baixa presso do transmissor de nvel conectada na tubulao de impulso da parte de cima dotanque onde mede somente a presso exercida sob asuperfcie do lquido.

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2.2Medio Indireta


2.2.2.1 - Elevao de Zero

Quando o fludo do processo possuir alta viscosidade, ouquando o fludo se condensa nas tubulaes de impulso, ouainda quando o fludo for corrosivo, deve-se utilizar um sistema

de selagem nas tubulaes de impulso, das cmaras de baixae alta presso do transmissor de nvel.

Selam-se ento ambas as tubulaes de impulso, bem como as

cmaras do instrumento.

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2.2Medio Indireta



Na figura acima, apresenta-se um sistema de medio de nvelcom selagem, no qual deve ser feita a elevao, que consisteem anular-se a presso da coluna lquida na tubulao de

impulso da cmara de baixa presso do transmissor de nvel.

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2.2Medio Indireta



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2.2Medio Indireta

2.2.3 - Medio de Nvel com Borbulhador

Podemos detectar o nvel de lquidos viscosos, corrosivos, bem

como de quaisquer lquidos distncia.

O sistema borbulhador engloba uma vlvula agulha, umrecipiente com lquido na qual o ar ou gs passar pelo

mesmo e um indicador de presso.

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2.2Medio Indireta


Ajustamos a vazo de ar ou gs at que se observe a

formao de bolhas em pequenas quantidades. Presso exercida aproximadamente 20% superior da presso

hidrosttica do lquido.

Um tubo levar esta vazo de ar ou gs at o fundo do vaso

a qual queremos medir seu nvel, teremos ento umborbulhamento bem sensvel de ar ou gs no lquido o qualqueremos medir o nvel.

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2.2Medio Indireta


Na tubulao pela qual fluir o ar ou gs, instalamos um

indicador de presso que indicar um valor equivalente presso devido ao peso da coluna lquida.

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2.2Medio Indireta


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2.2Medio Indireta

2.2.4 - Medio de Nvel por Empuxo (ou deslocador)

2.2.4.1 Principio de Arquimedes

Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a ao de umaforca vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do

volume do fluido deslocado.

A esta fora exercida pelo fluido do corpo nele submerso ouflutuante chamamos de empuxo.

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2.2Medio Indireta


Baseado no princpio de Arquimedes usa-se um deslocador(displacer) que sofre o empuxo do nvel de um lquido,transmitindo para um indicador este movimento, por meio deum tubo de torque.

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2.2Medio Indireta


O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade

do lquido cujo nvel estamos medindo, pois o empuxo variacom a densidade.

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Aplicaes

Lquidos no viscosos e livres de partculas slidas.

Medio de gases liquefeitos, condensados, tanque delquido refrigerante (sistema de refrigerao), etc.

Medio de nvel em vasos e tanques de pequeno porte

Medio de lquidos em temperatura de ebulio.

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2.2Medio Indireta


Aplicaes

Aplicao muito comum: medio de nvel de tanques quecontm dois lquidos com diferentes densidades e que no semisturam. O medidor tipo Empuxo indicar o nvel dessainterface, isso comum em Torres de destilao, Torres de

lavagem, decantadores, etc.

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Aplicaes

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Aplicaes

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Limitaes

Aplicaes para medio de slidos e granulados em geral;

Tanques, vasos com grandes alturas de medio;

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2.2.5 - Medio de Nvel com Raios Gamas

Se distinguem dos outros pelo fato de serem completamente

isentos do contato com os produtos que esto sendo medidos.

Dispensam sondas ou outras tcnicas que mantm contato comslidos ou lquidos tornando-se possvel, em qualquer momento,

realizar a manuteno desses medidores, sem a interfernciaou mesmo a paralisao do processo.

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2.2Medio Indireta


Podem ser usados para indicao e controle de materiais de

manuseio extremamente difceis e corrosivos, abrasivos, muitoquentes, sob presses elevadas ou de alta viscosidade.

Consiste em uma emisso de raios gama montado

verticalmente na lateral. Do outro lado do tanque ter umacmara de ionizao que transforma a radiao Gamarecebida em um sinal eltrico de corrente contnua.

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2.2Medio Indireta


Como a transmisso dos raios inversamente proporcional

altura do lquido do tanque, a radiao captada pelo receptor inversamente proporcional ao nvel do lquido do tanque, jque o material bloquearia parte da energia emitida.

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Utilizado para a medio de densidade nas indstrias deminerao

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2.2.6 - Medio de Nvel Capacitivo

O medidor de nvel capacitivo mede as capacidades do

capacitor formado pelo eletrodo submergido no lquido emrelao s paredes do tanque. A capacidade do conjuntodepende do nvel do lquido.

O elemento sensor, geralmente uma haste ou cabo flexvel demetal.

Lquidos no condutores: eletrodos normais

Fludos condutores: eletrodo isolado normalmente com teflon.

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2.2Medio Indireta


Conforme o nvel do tanque for aumentando o valor da

capacitncia aumenta progressivamente medida que odieltrico ar substitudo pelo dieltrico lquido a medir.

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2.2Medio Indireta


A capacitncia convertida por um circuito eletrnico numa

corrente eltrica sendo este sinal indicado em um medidor.

A medio de nvel por capacitncia tambm pode ser feitasem contato, atravs de sondas de proximidade.

A sonda consiste de um disco compondo uma das placas docapacitor. A outra placa a prpria superfcie do produto oua base do tanque.

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2.2Medio Indireta


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2.2.7Medio de Nvel por Ultrassom

Os dispositivos do tipo ultrassnico podem ser usados para a

deteco contnua de nvel ou como sensores de nvel pr-determinado (chave de nvel).

Deteco contnua de nvel: caracterizam-se, principalmente,

pelo tipo de instalao, ou seja, podem encontrar-setotalmente submersos no produto, ou instalados no topo doequipamento sem contato com o produto.

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2.2Medio Indireta

2.2.7.2 - Princpios Fsicos

O ultrassom uma onda sonora, cuja frequncia de oscilao

maior que aquela sensvel pelo ouvido humano, isto , acimade 20 KHz.

A propagao do ultrassom depende do meio. Dependendo

do meio, faremos a distino da propagao nos slidos,lquidos e gases.

A velocidade do som a base para a medio atravs da

tcnica de eco, usada nos dispositivos ultrassnicos.

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2.2Medio Indireta

2.2.7.3 - Gerao do Ultrassom

As ondas de ultrassom so geradas e captadas pela excitao

eltrica de materiais piezoeltricos.

Materiais piezoeltricos produz frequncia quando aplicasobre ele uma tenso eltrica. Assim, eles podem ser usados

como gerador de ultrassom, compondo, portanto, ostransmissores.

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2.2Medio Indireta

2.2.7.3 - Gerao do Ultrassom

Inversamente, quando se aplica uma fora em uma material

piezoeltrico, ou seja, quando ele recebe um sinal defrequncia, resulta o aparecimento de uma tenso eltrica noseu terminal. Nesta modalidade, o material piezoeltrico usado como receptor do ultrassom.

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2.2.8Medio de Nvel por Radar

O sinal de radar emitido por uma antena, que reflete na

superfcie do produto, e retorna novamente depois de umintervalo de tempo que proporcional a distncia entre aantena e a superfcie do produto.

Serve para medir distncia, nvel, volume, lquidos comespumas, tanques de armazenamento com agitadores etc.

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3Medio de nvel de slidos

necessrio medir o nvel dos slidos, geralmente em forma dep ou gros, em silos, altosfornos etc., pelos mesmos motivosda medio de nvel dos lquidos.

Esta medio comumente feita por dispositivoseletromecnicos, onde colocada uma sonda sobre a carga oucontedo. O cabo da sonda movimenta um transdutoreletromecnico, que envia um sinal para um indicador, cuja

escala graduada para nvel.

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Em algumas aplicaes, muito comum as indstrias utilizaremclulas de cargas.

Para se instalar este tipo de sensor, necessrio que se corteos psdos silos,para que o mesmo fique apoiado sobre osensor.

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Tambm so usados raios gama, capacitivo, ultrassom paradeterminar o nvel de slidos.

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4Exerccios

1) Dado o desenho abaixo, responda:

1.1) Sabendo-se que o lquido gua, o nvel mnimo zero emximo 5 metros, qual o range que o transmissor dever sercalibrado em polegadas de H2O?

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1.2) Qual o range do transmissor em polegadas de H2O,supondo que o lquido seja leo (dr=0,85), o nvel mnimo zero e o mximo 5,88m?

1.3) Qual o sinal de sada LT (4 a 20mA) quando o nvel for3,2m?

Lquido: gua.

Range de medio: 0 a 4,5 m.c.a.

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4Exerccios

1.4) Qual o nvel no tanque quando o sinal de sada do LT for11,2mA?

Lquido: leo (dr=0,92).

Range de medio: 1 a 9 m.c.a.

1.5) Qual o nvel no tanque quando o indicador LI indicar40%?

Lquido: leo (dr=0,92).

Range do LT: 0 a 200H2O

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4Exerccios


2.1) Qual o range e span de medio do LT em polegadas deH2O?

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2.2) Qual o nvel do tanque quando o sinal de sada do LT for9,6mA?

2.3) Qual o sinal de sada do LT quando o nvel do tanque for9,3m?

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5m

d = 0,9

d = 0,85

d = 0,85Sada = 4 a 20mA

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4Exerccios

3.1) Qual o range e o span do LT em H2O?

3.2) Qual o nvel do tanque quando o sinal transmitido for

16,8mA?

3.3) Qual o Pno LT quando o sinal transmitido for 15,2mA?

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4. BIBLIOGRAFIA

ALVES, J. L. L. Instrumentao, controle e automao deprocessos. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.

PESSA, Rogrio.Manual de Treinamento SMAR: InstrumentaoBsica para Controle de Processo.Rev. 2.10. SMAR, 2004.

FRANA, Fernando A. Instrumentao e Medidas: grandezas

mecnicas. UNICAMP, 2007.

Revista Mecatrnica Atual - N 37(Edio digital). Disponvel em:http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/155

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