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Alexandre Kutil
Slide 1
14/07/2011
Medição de Nível
Seminário de Instrumentação Salvador - BA
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 2
14/07/2011
Mais de 50 anos de experiência em Medição de Nível
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 3
14/07/2011
Malburg - Alemanha
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 4
14/07/2011
Maulburg, fundada em 1960
1ª expansão em 1970...
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 5
14/07/2011
…e como se apresenta hoje …
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 6
14/07/2011
Mais fabricas L+P
Fundada: 1996 Fundada: 2005 Fundada: 1995 Fundada: 1970
Greenwood,
IndianaYamanashiSuzhou Beijing JV
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 7
14/07/2011
Nosso Portfólio
Medição de Nivel Continua
Medição de Interface Medição de DensidadeTank gauging
Pressão Detecção de Nivel
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 8
14/07/2011
SIL – Safety Integrity Level
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 9
14/07/2011
Novidade!
Proservo
Medidor de Nível, Interface e Densidade Servo-operado SIL2
SIL – Safety Integrity Level
Alexandre Kutil
Slide 10
14/07/2011
Detecção de Nível
Em líquidos usando o princípio de vibração
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 11
14/07/2011
Historia
2001
2000
1999
1993
1996
Liquiphant II
Liquiphant T
FTL260
Liquiphant M
FTL50(H) / 51(H)
1995 Liquiphant S (Failsafe)
Liquiphant M
(2nd package)
FTL51C
Liquiphant S (HT)
FTL70 / 71
1983
Liquiphant I
FTL160 (Form E)
Liquiphant
FTL160
1986
Liquiphant T
FTL20
2002
2003
Liquiphant M
FTL50 / 51(H)
FTL20
(150 °C
/300 °F)
FTL20H
Liquiphant T/M
20 anos de experiência
no Principio de Vibração para Liquidos
Mais de 2.000.000 de sensores no mercadoHistory
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 12
14/07/2011
Princípio de Medição
Min./Max. detection
empty message
overspill protection
Mudanças na frequência de Ressonância
quando imerso em liquido.
Os garfos vibrantes são operados por um
sistema piezoeletrico. Uma mudança na
frequência de resonancia ocorre quando
os garfos são imersos em liquido. Este
sinal é eletronicamente detectado e
avaliado.
Basics
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 13
14/07/2011
Principio
filter /
amplifier
phase
shiftamplifier
evaluation electronic
symmetrical 2 rod
sensor (frequently
shift limit switch)
straight vibration rod
bent vibration rod
vibration fork
Basics
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 14
14/07/2011
Efeito Piezoeletrico – Stack Drive
Alternando a tensão faz com
que o piezo se expanda e
contraia.
Com Tensão aplicada os
polos são rejeitados
- O cristal comprime -
+ ++
++
––––+–
+–
+––
+
–
+
Com tensão inversa os
polos se atraem
- o cristal se alonga -
–– – ––
++++
+
–
+
–
+
– –
+
+
–
Cristais individuais
tem um alinhamento
fixo e são
polarizados
+
–
+
–
+
––
drive
coating
drive
high temperature
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 15
14/07/2011
Piezoeletrico – Bimorph Drive
Alternando a tensão
causa a expansão e
contração do piezoforça
Cristais individuais
tem alinhamento
individual e são
polarizados
Com tensão
aplicada os polos
são rejeitados
force
forceEletrodo
comum
receptor Emissor
Basics
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 16
14/07/2011
Self-Monitoring
sensor
alarm0,4 s delayed
400fa-15%
fafa+ 6,5%
1500 f [Hz]
25 mm
1 inch
0
0
Imersão
corrosion
alarm60 s delayed
sensor
Alarm0,4 s delayed
normal operation
fa-15% switch point approx. 850 Hz
A
L
A
R
M
A
L
A
R
M
Função de Alarme Seguro
fa oscillation frequency in air
approx. 1 kHz
Basics
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 17
14/07/2011
Operação Independente das Propriedades do fluido
Alteração do
Fluido
espuma
Bolhas de ar
Incrustação
Mudanças na Pressão e
temperatura
Vibração do
processo
Mudanças na viscosidade
turbulência
Solidos em
suspensão
Propriedades eletricas
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 18
14/07/2011
Tecnologia: Monitoração de Build Up
Todo cobertoAté à membrana
Até aoponto de comutação
Minimobuild-up
simétrica
até 12 gbuild-up
até 4.5 g até 2.2 g até 2.1 g
até 2.2 gaté 2.0 g
não-simétrica
Sem problemas para o Liquiphant MPonto de comutação estavél
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 19
14/07/2011
Tecnologia: Monitoração de corrosão
~ 11 g ~ 0.85 g ~ 0.65 g
- Corrosão quimica em ácidos fortes- Abrasão
Alarme perda de massa:
Sem problemas para o Liquiphant MPonto de comutação estavél
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 20
14/07/2011
Tecnologia: Teste de choque com 7 Joule
Prof.
Liquido-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Posição do ponto de comutação
0 10 20 30 40Profund.
mm
Dec
resc
imo
de
Freq
uênc
ia, %
Antes do teste choqueApós teste 7 Joule
Sem problemas para o Liquiphant M, Ponto de chavemento estávelSem problemas para o Liquiphant M, Ponto de chavemento estável
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 21
14/07/2011
temperature spacer
4.6 inch / 7.9 inch
(160 mm) (200 mm)
70°C
280°C
Aplicação em altas temperaturas
Liquiphant HT
Material: Duplex steel
Temp. stress simulation
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 22
14/07/2011
Segmentação de outros principios de medição
Radiometric
Capacitance
Conductive
Vibronic
Ultrasonic
Float switch
Vibronik
Konduktiv
Kapazitiv
Schwimmersch.
Ultraschall
Radiometrie
Vibronic
Conductive
Capacitance
Float switch
Ultrasonic
Radiometric
Liquids
Bulk
solids
Level limit
detection
Continuous
measurement
Pressure
[bar]
Temperature [°C]
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 23
14/07/2011
Família Liquiphant
Liquiphant TLiquiphant M
Liquiphant S
modular
SIL2/3
Nace listed
PN63
-50…+150 °C
(-58…+300 °F)
-40…
+150 °C
(+300 °F)
-40…
+150 °C
(+300 °F)
hygienic
no sealing
PN40
hygienic
no sealing
housing
compact
SIL3
annual test
may be waived
-40…+150 °C
(+300 °F)
PN40
SIL2/3
Nace listed
-60…+280 °C
(-76…+536 °F)
PN100
Products
Alexandre Kutil
Slide 24
14/07/2011
Detecção de Nível
Em sólidos usando princípio de vibração
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 25
14/07/2011
Principio de medição
Os garfos oscilam excitados
por um piezoeletrico
A amplitude da vibração
é reduzida quando os garfos são
cobertos pelo material.
A mudança na amplitude é
reconhecida pela eletronica.
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 26
14/07/2011
Principio
In empty silos, i.e. in gases,
the fork can freely oscillate.
Oscillation is however
impeded and stopped by bulk
solids, i.e. in full containers.
The tines of the fork
are prevented from oscillating
by the bulk solids mass. This
changes the amplitude of the
oscillation.
The electronics compare the
amplitude with the target
value and trigger an electronic
switch or relay.
Silo
vazio
Silo
cheio
Alexandre Kutil
Slide 27
14/07/2011
Medição de densidade utilizando o
princípio de vibração
Liquiphant M Density
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 28
14/07/2011
Princípio – Liquiphant Density
sensor
alarm0,4 s delayed
400fa-15%
fafa+ 6,5%
1500 f [Hz]
25 mm
1 inch
0
0
Imersão
corrosion
alarm60 s delayed
sensor
Alarm0,4 s delayed
normal operation
fa-15% switch point approx. 850 Hz
A
L
A
R
M
A
L
A
R
M
A alteração da densidade causa
alteração na frequência.fa oscillation frequency in air
approx. 1 kHz
Basics
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 29
14/07/2011
Exemplo de aplicação de sucesso
Eletrônica instalada no
painel (trilho DIN)
Indústria Química
Medição de concentração de ácido clorídrico em linha.
Alexandre Kutil
Slide 30
14/07/2011
Pressão
Pressure Sensor Technology
Alexandre Kutil
Slide 31
14/07/2011
Célula Metálica
Mono or Poly silicon
strain gauge
channel with fill fluid
metallic
process diaphragmprocess connection
process pressure
Metal Cells
Pressure Sensor Technology
Alexandre Kutil
Slide 32
14/07/2011
atmospheric pressure
pressure
pressure
substrate
diaphragm
Gage & Absolute CeraphireTM Ceramic Sensors
gage pressure cell
absolute pressure cell
metal layer
Ceramic Cells
DRY CELL
no fill fluid
fully vacuum tight
S-Class Evolution Transmitters
Alexandre Kutil
Slide 33
14/07/2011
Princípio – Tanque atmosférico
S-Class Evolution Transmitters
Alexandre Kutil
Slide 34
14/07/2011
Princípio - Tanque pressurizado
Alexandre Kutil
Slide 35
14/07/2011
ToF
Time of Flight
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 36
14/07/2011
O Princípio – Time of Flight (ToF)
Emissão de Ultrassom ou pulsos de microondas
Reflexão dos pulsos na superfície do produto
Recebimento dos pulsos refletidos
Medição do Tempo de Vôo “Time of Flight”
calculando a distância entre o instrumento e a
superfície do produto através
emit
ting
rece
ivin
g
00.4000.40
2d = c
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 37
14/07/2011
Reflexão - básico
Microondas são ondas eletromagnéticas
--> Mudança de constante dielétrica
(DK, εr)
Ultrassom são ondas mecânicas
--> Mudança da Densidade
Diferença entre ondas eletromagnéticas e ondas eletromecânicas
Air:
εr ≈ 1
Medium:
εr > 1
Change
of
impedance
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 38
14/07/2011
Básico de reflexão
Radar em comparação com Ultrassônico
Air
Oilεr=2 δ=0.85
εr=1 δ=0.001
Shift caused by slower
speed of propagation in oilεr : dielectric constant
δ : specific density
Alexandre Kutil
Slide 39
14/07/2011
Ultrassônicos
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 41
14/07/2011
Família de produtos – overview
Instrumento compacto
Range de medição até
8 m
Saída 4…20 mA
Aplicações simples
Instrumento Compacto
Range de medição até
20 m
Saída 4…20 mA Hart,
opcional
PROFIBUS PA ou FF
Aplicação possível em
tanques agitados
Prosonic T Prosonic MSensor e eletrônica separados
Alojamento trilho DIN ou de
campo
Range de medição de até 70 m
Multicanal, opcional até
6 relés
Saída 4…20 mA HART,
opcional PROFIBUS
Funções programadas para
indústria de tratamento de
água e esgoto.
Prosonic S
Level School
Alexandre Kutil
Slide 42
14/07/2011
FMU90 – Medição de vazão em canal aberto
Calha Khafagi-Venturi QV 302 ...316
Calha Parshall 1“....8 ft
Venturi British Standard 4“...30“
Palmer-Bowlus flumes 6“...30“
ISO (4359) Venturi flumes ISO 415 ... 480
Rectangular Weir with / w/o throat / NFX
Trapezoidal Weir
V - Weir / V Weir British standard / NFX
Manual 32 pontos de linearização
Linearização / Cálculo
direto via fórmula: ( )βα γhhCQ +×=
Pre
pro
gra
mad
oM
anual
Level School
Alexandre Kutil
Slide 43
14/07/2011
FMU90 – Detecção de lodo
Detecção de lodo:
Razão entre Ld/Lu é detectada.
Para Ld/Lu menor que o valor programado será acionado alarme
via relé:
Nível na entrada Lu Nível na saída Ld
Razão =0,80,70,60.5
Alexandre Kutil
Slide 44
14/07/2011
Radar de onda livre
Micropilot M
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 45
14/07/2011
External Influences on Microwaves
Independe de:
Composição do Gás
Vácuo
Altas Temperaturas
Variação de Pressão
Mudança de Densidade
Turbulências
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 46
14/07/2011
Microwaves – Effects on Humans
Inside: approx. 1 W/cm²
Leakage at
closed door: approx. 0.005 W/cm²
At transmitting power of 2 W:
approx. 0.0001 W/cm²
Pulse: approx. 0.00015 W/cm²
Average: approx. 0.00000021 W/cm²
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 47
14/07/2011
Media Groups Liquids – Solids
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 48
14/07/2011
Micropilot M - Vessel types for FMR 230 & FMR 231
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 49
14/07/2011
Vantagens de 2 Frequências diferentes
Tamanho da Antena / Ângulo de abertura
mm
-Pre
cisã
o
10
3
Sen
sibilid
ade
par
aB
uild-u
p,
espu
ma
e su
per
f. t
urb
ule
nta
–
+
– +
Menos afetada por superfícies
turbulentas e espumas
Menos afetada por condensação e
build-up
Melhor precisão
Ângulo de abertura menor
Ideal em vasos pequenos
~ 26 GHz
~ 6 GHz
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 50
14/07/2011
Micropilot M para Líquidos – Overview
Micropilot M
~ 6 GHz ~ 26 GHz
FMR231
FMR230
FMR240
± 10 mm accuracy
max. 400°C, 160 bar
gas-tight feed through
± 3 mm accuracy
max. 200°C, 40 bar
FMR244
FMR245
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 51
14/07/2011
Reflexão de Ondas Eletromagnéticas
Influência da espuma em líquidos
Cõndição Ideal Espuma“leve",
Bolhas grandes,
não condutiva
Espuma densa,
polhas pequenas,
condutiva
“Algo entre“
--> Absorção do sinal
???
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 52
14/07/2011
Radar de onda livre em PTFE
Alta compatibilidade química,
fácil limpeza
2”/ 3” (50mm/80mm) horn
antenna diameter
Vacuum to 232 psi, 302°F
Potting
Ecolite 350
Horn 2”/3”
PTFE (TFM1600)
0.16” (4 mm) thick
PTFE plated flange
ANSI 2" to 6“
Plating 0.16" (4mm) thick
(FDA listed TFM1600)
All wetted PTFE
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 53
14/07/2011
Radar – Nível de Ácido Sulfúrico em bypass
Micropilot M - FMR245
96% sulfuric acid
in a scrubber column
PTFE lined bypass chamber
Measurement range:
69" (1.75m)
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 54
14/07/2011
FMR – Medição de Nível através do tanque
Micropilot M - FMR240
Storage tanks for vinegar
Material do tanque: Fibra
Altura: 4m
Bocal não disponível
Não intrusivo, baixo custo de montagem
Instrumento utilizado:
FMR240
3" (DN80) horn antenna
Em adicional: Liquiphant M – FTL51
Proteção de transbordo.
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 55
14/07/2011
Micropilot M in Solids
Tecnologia 2-fios
Comissionamento fácil
Possibilidade de verificação da
confiabilidade da medição via curva
envelope no display local ou
ToF-Tool
Frequência de 26 GHz –
Vantagens:
Independe de poeiras
Feixe de foco de 4° usando a
Antena Parabólica
Conexão da Purge de Ar como
padrão
Range de medição de 70 m
Temperatura até 200°C
Pressão até 16 bar
FMR250
Parabolic antenna
Horn antenna
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 56
14/07/2011
FMR250 – Conexão “Air-Purge” integrada
Exemplo com uma purga de ar de 6 bar.
Alexandre Kutil
Slide 57
14/07/2011
Radar de Onda Guiada
Levelflex M
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 58
14/07/2011
+ =
Basics
Measuring Principle
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 59
14/07/2011
Princípio básico de onda guiada
As ondas são guiadas pela haste
– Proporciona uma forte
reflexão do sinal
Necessary in solids due to low dielectrics and different cones in the silo during
filling and emptying and in liquids at low dielectrics
Levelflex M
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 60
14/07/2011
ToF – Time Domain Reflectometry
Micro-pulsos guiados com a vantagem da energia mais focada
Melhor característica de reflexãoRisco de reflexão para os lados
80% da energia é
concentrada num
raio de 20cm
8”
20cm
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 61
14/07/2011
Vantagens do principio de medição
Solidos:
Tamanho da
particula
Pó, mede durante
carregamento
Umidade
Perfil do silo
Obstaculos
Medição precisa e independente da
temperatura, pressão
Liquidos:
Densidade do
produto
Superficie turbulenta
e espuma
Parede do vaso
Formato do vaso
Obstaculos
Basics
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 62
14/07/2011
Medição de nível do lado externo do tanque
É possível?
Sim!
Onde?- Tanques de plástico ou fibra
- Produto interno com alta DK
Vantagens:- Fácil manutenção;
- Sem preocupação com
compatibilidade química.
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 63
14/07/2011
TDR – Substituição de Pressão Diferencial
Para quando não há
bocal no topo:
Radar de onda guiada
com haste curva
Seminario
Alexandre Kutil
Slide 64
14/07/2011
EoP – Medição confiável mesmo com perda do eco
Typical envelope curve:
amplitude
L = EOP Shift / (√ε - 1)
O algoritmo End of probe permite
a medição de nivel mesmo
com a perda do nivel
Se o eco da superficie é perdido o
nivel é medido pela alteração do sinal
EOP.
ΔEOPhigh level
O usuario não ve a diferença entre a
medição “EOP” e a “medição por
reflexão” no seu sinal de saida.
A medição é muito estável.L
Gas-Phase Compensation
Alexandre Kutil
Slide 65
14/07/2011
Levelflex GPC – Gas Phase Compensation
compensated distance =reference dist.
present ref. dist.x measured distance
reference dist.
gas phase liquid
present
reference dist.
measured distance
compensated distance
unpressurized state
(calibration of reference
distance)
pressurized state
(with occurring run-time
shift)
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 66
14/07/2011
Comissionamento
Display
Commissioning –
easy, fast and safe
Conceito de operação uniforme
Suporte grafico
Documentação do ponto medido
incluindo curva de envelope
FieldCare
Display multi linhas
Display removivel para operação
confortavel
Menu guiado
Help para setup
Operation
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 67
14/07/2011
f = 6 GHz
Transmission puls 0,8 ns
received signal
t
Distance
Time of Flight
Envelope curve
ToF Display
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 68
14/07/2011
1993
1998
1995
Familia ToF
1998
Levelflex M2002
Micropilot II
2001
Micropilot M
Micropilot S
2-wire
Pulse- Rad
ar
2004
2004
HT/HP
version
Hygienic
2002Prosonic M
2004
Micropilot I
Levelflex
2008
2007
2007
Life Sciences
Alexandre Kutil
Slide 69
14/07/2011
Medição de Nível Capacitiva
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 70
14/07/2011
Capacitiva
L
D
εr
Container wall
2πC = ln (D/d)
εr ε0 L
Probe rod
d
A
d
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 71
14/07/2011
Capacitiva
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 72
14/07/2011
Capacitiva
Interface (água-óleo)
liquid/liquid
(solids/liquid)
Alta Precisão
Emulssão
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 73
14/07/2011
Próximo Nível da Instrumentação
PreciseEfficient
Safe
7/19/2011
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 74
14/07/2011
FMP55 – Multiparametro para medição de interface
Combinação do radar de onda guiada
e sonda capacitiva para medição de
interface mesmo com camadas de
emulsão espessas
Até 3 medições (nivel, interface,
espessura da fase superior) com um
unico dispositivo
PTFE coated probe
Range de até 10m (33ft)
Temperatura: -50…+200°C
(-58…+392°F)
Pressão: -1...+40bar
(-14.5…+580psi)
A inovação da medição de interface – SensorFusion
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 75
14/07/2011
Família ToF – Overview
Guided level radar
basic … high performance
basic … high performance
Flexibility in technologyFlexibility in technology
basic … high performance
UltrasonicLevel radar
Plastic Alu 316L 316L-Pharma
Maybe also flow products
7/19/2011
Levelflex FMP5x - Launch Event
Alexandre Kutil
Slide 76
14/07/2011
Novidades da nova linha ToF
O HistoROM é
fixado no alojamento
(evitando ser perdido
ou “esquecido”)
Funções:
Armazenamento de parâmetros
Armazenamento de eventos (básico: 20 eventos)
Display local:
Backup das configurações no display
Importar configurações do instrumento1 para o instrumento 2, 3…
(ex.: mesmo tanque, mesma instalação, mesmoconfiguração)
Benefícios:
Fácil troca de eletrônica
Não são necessárias ferramentas de software ou novo setup para reiniciar a operação em caso de falha da eletrônica.
Histórico de informações para facilitar diagnósticos.
Economia de tempo na configuração em tanques iguais.
Levelflex FMP5x - Launch Event
Alexandre Kutil
Slide 77
14/07/2011
Backup no Display
Função Backup: BACKUP / RESTORE / DUPLICATE
Em combinação com o display
Restore
Backup
Tank 1 , Device 1 Tank 2 , Device 2
Duplicate
Duplicate
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 78
14/07/2011
Applicator® – Digital Product Selection
Na Internet:
www.endress.com/applicator
Medição de Nivel
Alexandre Kutil
Slide 79
14/07/2011
Alexandre KutilGerente de Produtos - Nível
11 5033-4328
Perguntas?
