16- nível

Instrumentao e Automao

Engenharia Mecatrnica Turma 08 5INAE-NT1

Instrumentao e Automao Ter (18:35 as 21:20) Sala 305

FACULDADE REA 1 Centro Baiano de Ensino Superior

Grupo DeVry

Salvador-Ba

2011.2

Professor

Geraldo Natanael

Aprendizagem ativa com viso gerencial em controle de processo

Medio de nvel

O nvel uma varivel importante na indstria, no somente na operao do prprio processo, mas tambm para fins de clculo

de custo e de inventrio.

Os sistemas de medio de nvel variam em complexidade desde simples visores para leituras locais at indicao remota,

registro ou controle automtico. Existem dois mtodos de

medio que so usados nos processos em geral.

Os trs tipos bsicos so:

Direto

Indireto

Descontinuo

Medio de Nvel Introduo

Medio Direta: Medio que se faz tendo como referncia a posio do plano superior da substncia medida. Exemplo de

instrumentos usados na medio direta: rguas ou gabaritos,

visores de nvel, bia ou Flutuador.

Medio Indireta: Medio que se faz para determinar o nvel em funo de uma segunda varivel. Exemplo de instrumentos

usados na medio indireta: displacer (empuxo), presso

diferencial (diafragma), borbulhador, capacitncia

eletrosttica, ultra-snico, por pesagem, por raio gama.

Descontnuo

Medio de Nvel Tipos Bsicos

Medio de Nvel - Medio Direta 5

Mtodo de Medio Direta

Medem diretamente a distncia entre o nvel do produto e o

referencial previamente definido.

a medio que tomamos como referncia a posio do plano superior da substncia medida.

Neste tipo de medio podemos utilizar rguas ou gabaritos, visores de nvel, bia ou flutuador.

Medio de Nvel Medio Direta

Rgua ou Gabarito: Consiste em uma rgua graduada que tem o comprimento conveniente, para ser introduzido dentro do reservatrio onde vai ser medido o nvel.

Visores de Nvel: Um tubo transparente colocado a partir da base do reservatrio at o seu ponto mais alto, permitindo a leitura precisa do nvel do lquido, mesmo para altas presses.

Flutuador: Neste medidor de nvel, o dispositivo esfrico colocado a flutuar no tanque, e seu movimento vertical convertido pela alavanca em movimento rotativo para um indicador externo.

Medio de Nvel - Medio Direta

Medio de Nvel - Medio Direta


Medio por Bia: a superfcie do lquido aciona uma bia , que est presa a um cursor, fora do tanque, por meio de cabos em um sistema de roldanas. Este cursor

movimenta-se sobre uma Rgua Graduada. dando uma indicao de nvel. este

sistema de medio tem limitaes em sua preciso de leitura.


Medio por Gabarito. Este dispositivo consiste de uma trena

graduada tendo em sua extremidade uma ponteira tambm graduada.

A partir de um ponto de referncia no topo do tanque, introduzimos o

gabarito at que a ponteira fique parcialmente imersa no lquido.

O produto deixa uma marca (molhada) na ponteira que foi previamente preparada com um lquido revelador. O valor do nvel

ser o comprimento da trena graduada mais o valor marcado na

ponteira.


Medio por Visores de Nvel. Os visores ficam instalados nos equipamentos onde o nvel ser medido. As suas tomadas comunicam-se com o interior destes

equipamentos. O produto flui para dento do medidor pelo princpio de Vasos

Comunicantes, sendo observado atravs de seu visor.

Medio de Nvel - Medio Indireta 12

Mtodo de Medio Indireta

Determinam o nvel do produto atravs da medida de outra

grandeza fsica a ela relacionada.

Ex. Capacitivo, Radar, Borbulhador.

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

Capacitncia: com esse sistema possvel efetuar a medio contnua do nvel de lquidos e slidos, tendo seu princpio de funcionamento baseado no funcionamento de um capacitor cilndrico.

Radiao: utilizam radiaes nucleares se distinguem pelo fato de serem completamente isentos do contato com os produtos que esto sendo medidos.

Ultra-som: a velocidade do som a base para a medio atravs da tcnica de eco, usada nos dispositivos ultra-snicos. As ondas de ultra-som so geradas e captadas pela excitao eltrica de materiais piezoeltricos.

Radar: possuem uma antena cnica que emite impulsos eletromagnticos de alta freqncia superfcie a ser detectada. A distncia entre a antena e a superfcie a ser medida ser ento calculada em funo do tempo de atraso entre a emisso e a recepo do sinal.

Medio de Nvel - Medio Indireta

Medio de Nvel - Medio Indireta

Devido massa especfica da bia estar compreendida entre os valores dos dois fluidos que compem a interface, existir uma fora de empuxo

contrria fora do peso da bia, mas o brao ao qual a bia est fixa,

impede que ela suba gerando um torque. Quando a bia fica submersa no

fluido mais pesado, a fora de empuxo aumenta, devido maior massa

especfica do fluido. A medio de interface se efetuar ento medindo a

fora de empuxo relacionando-a com as propores dos fluidos leves e

pesados nos quais a bia est submersa.

Medio de Nvel Deslocador (displacer)

Medio de Nvel - Medio Indireta 16

O sistema Borbulhador consiste em um tubo inserido dentro do tanque onde queremos medir o nvel. Este tubo est conectado a uma reguladora ajustada para

uma presso ligeiramente maior que a presso da coluna lquida (referente a coluna

de tanque cheio) exercida na extremidade inferior do Tubo Borbulhador.

Esta coluna lquida faz uma obstruo do ar que flui pelo Tubo e faz

equilibrar a presso dentro do tubo para um valor igual ao da coluna lquida. Assim

temos uma presso dentro do Tubo proporcional ao nvel dentro do tanque, sendo

que o excesso de presso "borbulha" para a atmosfera.

Temos um indicador desta presso instalado na linha de ar do Borbulhador

convenientemente ajustado para indicar o nvel dentro do tanque atravs da variao

da presso da coluna lquida.

Estes medidores so empregados para fornecer indicao apenas quando o nvel atinge certos pontos desejados como por exemplo

em sistemas de alarme e segurana de nvel alto ou baixo. Nos

lquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos

metlicos de comprimento diferente. Quando houver conduo

entre os eletrodos teremos a indicao de que o nvel atingiu a

altura do ltimo eletrodo alcanado pelo lquido.

Medio de Nvel Medio Descontnua

Medio de nvel de lquido: so empregados para fornecer indicao apenas quando o nvel atinge certos pontos desejados

como por exemplo em sistemas de alarme e segurana de nvel

alto ou baixo.

Medio de Nvel Medio Descontnua

Medio de Nvel - Medio Eletrnica 19

Tecnologia Nuclear -Medio por Radiao: Este tipo de mediao utiliza uma Cpsula Radioativa instalada no topo do tanque emitindo radiao atravs do

mesmo. No outro extremo do tanque temos um Sensor Geiger que capta esta

radiao. A variao de nvel do produto no interior do tanque interfere na radiao

que chega no sensor. Assim temos uma variao de radiao proporcional a variao

de nvel. O tubo Sensor envia este sinal para outros instrumentos informando o valor

do nvel. O Radioistopo mais utilizado o Csio 137. O projeto deste medidor

impede danos ou contaminao ao ambiente e pessoas.

Cpsula Radioativa


Medio por Capacitncia: utiliza um Eletrodo Sensor inserido no tanque. Este eletrodo forma juntamente com a parede metlica do tanque um Capacitor. O

produto dentro do tanque atua como Dieltrico deste capacitor. Com a variao de

nvel, teremos uma variao do dieltrico e conseqentemente uma variao da

capacitncia. Assim temos uma variao de capacitncia proporcional a variao de

nvel.

Os circuitos eletrnicos do medidor processam esta variao em um sinal

apropriado para a medio do nvel. No caso de tanques no metlicos, colocado

um Eletrodo de Referncia que forma um capacitor com o Eletrodo Sensor.


Capacitor: um componente que armazena energia num campo eltrico. Os formatos tpicos consistem em dois eletrodos ou placas que armazenam cargas

opostas. Estas duas placas so condutoras e so separadas por um isolante ou por um

dieltrico. A carga armazenada na superfcie das placas, no limite com o dieltrico.


Capacitncia a propriedade que estes dispositivos tm de armazenar energia eltrica sob a forma de um campo eletrosttico (Farad).

Um capacitor de 1 Farad armazena 1 Coulomb de carga ao ser submetido a uma diferena de potencial de 1 Volt.

A capacitncia do capacitor de placas paralelas dada por:

Para capacitores cilndricos que o tipo mais aplicvel medio de nvel, a capacitncia dada por:


Constante Dieltrica

uma propriedade do material isolante utilizado

em capacitores que influi na

capacitncia total do

dispositivo.


Princpio de Funcionamento

A sonda pode ser isolada ou no e serve como uma das placas do capacitor.

A outra placa formada pelas paredes do vaso. O fluido comporta-se como dieltrico Aplicao de um sinal de Rdio Freqncia (RF) Variao do nvel: o dieltrico equivalente sofrer tambm uma variao. Energia do RF tambm muda proporcionalmente ao nvel. A sada do amplificador operacional ir fornecer um sinal de 4-20 mA proporcional ao nvel do lquido.


A medio de nvel por capacitncia tambm pode ser feita sem contato, atravs de sondas de proximidade. A sonda consiste de um disco compondo uma das placas

do capacitor. A outra placa a prpria superfcie do produto ou a base do tanque


Medio por Ultrasom/Radar: Um Transmissor/Receptor instalado no topo do tanque emite um sinal de Radiofrequencia para a superfcie do nvel e recebe o

reflexo deste sinal enviado, medindo assim a posio da superficie do produto e

gerando a informao do nvel..

Medio de Nvel Presso Diferencial 30

Presso de um liquido sobre uma superfcie a fora que esse liquido exerce sobre a unidade dessa superfcie.

P = F/a (1Pa=1N/m)

Presso esttica: a presso exercida em um ponto, em fluidos estticos, que transmitida integralmente em todas as direes e

produz a mesma fora em reas iguais.

Presso dinmica: a presso exercida por um fluido em movimento paralelo sua corrente. A presso dinmica

representada pela seguinte equao:

Medio de Nvel Presso

Presso Total: a presso resultante da somatria das presses estticas e dinmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento.

PSI( pounds per square inch): libra por polegada , a unidade de presso no sistema ingls/americano dentro desta unidade de medida

encontramos uma subdiviso, Psia e Psig.

1 bar= 14,5 psi ; 1kgf/cm= 14,22(lbf/in)

Presso absoluta PSIa (pounds per square inch absolute) :

a presso positiva a partir do vcuo perfeito, ou seja, a soma da

presso atmosfrica do local e a presso manomtrica. Mas quando

representamos presso abaixo da presso atmosfrica por presso

absoluta, esta representamos presso abaixo da presso

atmosfrica por presso absoluta, esta denominada grau de vcuo

ou presso baromtrica.


Presso manomtricaPsig( Pounds per square inch gauge): a presso medida em relao presso atmosfrica existente

no local, podendo ser positiva ou negativa. Geralmente se coloca a letra G aps a unidade para represent-la. Quando se fala em uma presso negativa, em relao a presso atmosfrica chamamos presso de vcuo.

PSIg = PSIa Presso atmosfrica

Presso diferencial(delta p): o resultado da diferena de duas presses medidas. Em outras palavras, a presso medida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referncia da presso atmosfrica.

.

Medio de Nvel Presso Diferencial

Diagrama comparativo entre as presses:


Teorema de stevin: A diferena de presso entre dois pontos de um fluido em repouso igual ao produto do peso especfico do fluido

pela diferena de cota entre os dois pontos.

P1-P2= pgh

Conclui-se que: Todos pontos situados na profundidade h , em um recipiente, esto submetidos a uma igual presso.


Mtodos de medio de nvel de

liquido

Neste tipo de medio o nvel medido indiretamente em funo de

grandezas fsicas como : presso, empuxo, radiao, capacitncia .

Medio de Nvel por presso hidrosttica(Presso diferencial)

Neste tipo de medio usamos a presso exercida pela altura da coluna lquida, para medimos indiretamente o nvel, como mostra o

teorema de stevin:

Estes instrumentos medem diferenciais de presso que so provocados pela coluna liquida presente nos equipamentos cujo o nvel se deseja

medir.

Supresso de zero: Para maior facilidade de manuteno e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor e instalado abaixo tanque.

Outras vezes a falta de plataforma fixadora em torno de uma tanque

elevado resulta na instalao de um instrumento em um plano situado

em nvel inferior tomada de alta presso. Em ambos os casos, uma

coluna liquida se formar com altura do liquido dentro da tomada de

impulso e se o problema no for contornado o transmissor indicaria um

nvel superior ao real.

Medio de Nvel Presso Diferencial

Medio de nvel com elevao do zero:Quando o fludo do processo

possuir alta viscosidade, ou quando se condensa nas tubulaes de

impulso, ou ainda no caso do fluido se corrosivo devemos utilizar um

sistema de selagem devemos utilizar um sistema de selagem nas

tubulaes de impulso das cmaras de baixa e alta presso do

transmissor de nvel.

A Figura abaixo apresenta um sistema de medio com selagem, no qual deve ser feita a elevao do zero, que consiste em anula-se a presso da

coluna liquida na tubulao de impulso da cmara de baixa presso do

transmissor de nvel.

Transmissor de Nvel Presso Diferencial

Para tanque aberto: O Lado de alta presso(Hi) do transmissor ligado pela tomada da parte inferior do tanque e o lado de baixa

presso(low) aberto para atmosfera. Nessa situao, o valor de

presso( em coluna liquida) medida pelo transmissor acoplado ao

fundo do tanque exatamente correspondente ao nvel do tanque.


Transmissor de nvel instalado abaixo do nvel do tanque, no prtica utilizar o transmissor desse modo, mas pode facilitar acesso

visualizao e manuteno. Neste caso h necessidade de coluna

liquida na tomada de transmissor, pois uma coluna liquida se forma

com uma coluna de liquido dentro da tomada de impulso e o

transmissor indicar um nvel superior ao real. Isto deve ser

considerado. E o que se chama supresso de zero.


Para tanque fechado: Neste tipo de medio a tubulao de impulso da parte de baixo do tanque conectada cmara de alta presso (Hi) do

transmissor. A presso na cmara Hi a soma da presso exercida sob a

superfcie do lquido e a presso exercida pela coluna de lquido no

fundo do reservatrio. A cmara de baixa presso (Low) do transmissor

de nvel, conectada na tubulao de impulso da parte de cima do

tanque onde mede somente a presso exercida sob a superfcie do

liquido.


Para tanque fechado com vapor: Quando se necessita medir nvel em tanque fechado contendo vapor, se faz necessrio preencher a

tomada de alta presso com um lquido (normalmente gua) para

evitar que se forme uma coluna de gua nesta tomada, devido

existncia de condensado que se acumularia nela e provocaria

medio falsa. Neste caso, deve-se fazer a correo do efeito desta

coluna.


Esquema da clula capacitiva da srie Ld3001

(1) Este diafragma flexiona-se em funo da diferena de presses aplicado ao lado direito e esquerdo da clula.

(2) Fornecem resistncia contra a corroso provocada por fluidos de processos.

(3) A presso transmitida ao diafragma sensor pelo fluido de enchimento provoca a sua deflexo. O Diafragma sensor um eletrodo mvel.

(4) So eletrodos fixos.

A deflexo do diafragma sensor percebida atravs da variao da capacitncia entre os dois eletrodos fixos e mvel.


Existe um circuito eletrnico ressonante que ler a variao da capacitncia entre a placa mvel e fixa. A CPU condiciona o sinal e

comunica de acordo com o protocolo do transmissor.

Clula capacitiva: P1 e P2 so presses aplicadas nas cmaras H e L.

CH: capacitncia medida entre a placa fixa do lado de P1 e o diafragma do sensor.

CL: capacitncia medida entre a placa fixa do lado de P2 e o diafragma sensor

d: Distncia entre as placas fixas CH e CL.

d: deflexo sofrida pelo diafragma sensor devido a aplicao da presso diferencial p= P1-P2


Capacitncia entre placas paralelas expressa em funo da rea(A) das

placas e da distncia(d) que as separa, onde a constante dieltrica do

meio:

Considerando CH E CL capacitncias de placas paralelas de mesma

rea, quando P1>P2, tem-se:

Se desenvolvermos a expresso :

Obs: A distncia(d) entre as placas fixas de CH e CL constante, percebe-se

que a expresso acima proporcional a d e, portanto, presso

diferencial que se deseja medir.


Neste tipo de instrumento, a presso de processo transmitida atravs

do movimento/ deslocamento do diafragma isolador, cujo o interior

cheio de leo ou silicone, para o diafragma sensor localizado no centro

da clula. A presso atmosfrica de referncia transmitida da mesma

maneira pelo segundo diafragma sensor. O deslocamento do diafragma

sensor(o movimento mximo da ordem de 0,004 polegada)

proporcional ao diferencial de presso aplicado sobre ele e que, por sua

vez, variar em funo da presso aplicada nos diafragmas isoladores.


A posio do diafragma sensor(placa mvel) detectada pelas placas do capacitor colocadas nos dois lados do diafragma sensor. O Valor da

capacitncia diferencial existente entre o diafragma sensor e as placas

do capacitor (aproximadamente 150pf) convertido eletronicamente,

resultando no sinal de sada do transmissor(4 a 20mAcc), que

transmitido para um receptor eletrnico para fins de indicao, registro

e/ou controle.


Cuidados com a instalao: O LD301 tem um circuito em seu sensor

que compensa as variaes de temperatura, mas mesmo assim preciso

ter cuidado, montando o trasmissor em reas que ofeream proteo s

mudanas ambientais.

O circuito eletrnico do transmissor revertido por um verniz a prova

de umidade, mas exposies constantes podem comprometer esta

proteo. Em reas com alto ndice de umidade relativa deve-se

certificar da correta colocao dos anis de vedao das tampas da

carcaa. As tampas devem ser completamente fechadas, manualmente,

at que o anel de vedao seja comprimido.

Embora o sensor seja praticamente insensvel as vibraes, devem ser

evitadas montagens prximas a bombas, turbinas ou outros

equipamentos que gerem vibraes excessivas.

Deve-se evitar instalaes onde o fluido de processo possa congelar

dentro da cmara do trasmissor, pois pode trazer danos permanentes

clula capacitiva.


Medio de Nvel - Seleo 49

A seleo do sistema de medio a ser utilizado dever considerar as caractersticas especficas da aplicao, o tipo de produto cujo nvel se quer medir,

a preciso requerida, custos e demais restries existentes.

50

ALVES, Jos L., Instrumentao, Controle e Automao de Processos. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

BEGA, E. A., Instrumentao Industrial, Editora Intercincia, (2003); FIALHO, A. B., Intrumentao Industrial: Conceitos, Aplicaes e Anlises, 2 ed., Editora Erica, (2004);

MIYAGI, P. E., Controle Programvel - Fundamentos do Controle de Sistemas a Eventos Discretos, Edgard Blcher, (1996); [629.89 M685C];

RIBEIR, Marco Antnio. Instrumentao - 8a Edio 1999 Tek Treinamentos Lta. CAMPOS, Mario Cesar M. M. & TEIXEIRA, Herbert C. G., Controles Tpicos de Equipamentos e Processos Industriais, So Paulo:Blucher, 2006.

CAPELLI, Alexandre. Automao Industrial - Controle do movimento e processos contnuos.

BALBINOT, Alexandre; BRUSAMARELLO, Valner Joo. Instrumentao e fundamentos de medidas VOL.1 Editora: LTC

BRUSAMARELLO, Valner Joo. Instrumentao E Fundamentos De Medidas. Editora: Ltc

SIGHIERI. L.; NISHIARI, A; Controle automtico de processos industriais Instrumentao

http://www.instrumentacao.com - 02.07.09 http://www.levelcontrol.com.br - 02.07.09

Referncias Bibliogrficas

Prof Geraldo Natanael Instrumentao e Controle

Instrumentao e Automao PE 5INAE 51

Prof Geraldo Natanael

Copyright , voc pode:

Copiar, distribuir, exibir e executar a obra, sob as seguintes condies:

Atribuio: voc deve dar crdito ao autor original, da forma especificada

pelo autor.

Uso no-comercial: voc no pode utilizar esta obra com finalidades

comerciais.

Vedada a criao de obras derivadas: voc no pode alterar, transformar ou

criar outra obra com base nesta.

Qualquer uma destas condies pode ser renunciada, desde que voc obtenha permisso do autor.

16- nível

Documents