medidores de nível

Grupo: Deberton Moura

Gustavo Oliveira

Heloisa Oliveira

Paola Brito

Sforah Silva

Instrumentao Industrial

Medidores de Nvel

Medidores de Nvel

Definio de nvel:

Nvel a altura do contedo de um reservatrio.

Medidores de Nvel - Importncia

Nvel Importante varivel dos processos industriais;

Mantm segurana de determinados sistemas;

Balanos de materiais;

Avaliar o volume estocado;

Controle do enchimento e esvaziamento de tanque

operados em bateladas;

Preveno de transbordamento;

Medidores de Nvel - Classificao

Medio Direta: Medio em que tomada como referncia

a posio do plano superior da substncia medida;

Medio Indireta: O nvel medido indiretamente em

funo de grandezas fsicas (presso, empuxo, radiao ...) a

ele relacionadas;

Medio Descontnua: Fornecem indicao apenas quando o

nvel atinge certos pontos desejados, como, por exemplo, em

sistemas de alarme e segurana;

MEDIDORES DIRETOS DE NVEL

Medidores diretos de nvel

Medidor de nvel tipo rgua ou gabarito

Determinao do nvel

feita atravs da leitura

direta do comprimento

da rgua molhada pelo

lquido;

Baixa preciso;

Baixo custo;

Figura 1 Fita Graduada e Prumo


Visores de Nvel

Tubo transparente colocado da base do reservatrio at o

seu topo;

Permitem leitura precisa no nvel mesmo em altas presses;

Baixo custo;

Fcil manuteno;

Seus tipos variam de acordo com a aplicao, podendo ser do

tipo tubular, de vidro plano, magnticos e os especiais para

uso em caldeiras;

Aplicados exclusivamente a lquidos;


Visores de Vidro Tubular:

Fabricados com tubos de vidro retos com paredes de espessuras adequada a cada aplicao. Estes tubos so fixados entre duas vlvulas de bloqueio de desenho especial atravs de unio e juntas de vedao apropriadas a cada especificao de projetos. Comprimento e dimetro so particulares a cada aplicao.

No utilizados com lquidos txicos, inflamveis ou corrosivos;

Fragilidade No suportam altas temperaturas e presses;

Baixa segurana; Figura 2 Visor tubular.


Visores de Vidro Plano:

Mais seguros que visores tubulares;

Representam cerca de 90% das aplicaes de visores de nvel em plantas industriais;

Compostos de um ou vrios mdulos onde se fixam barras planas de vidro conhecidos como sees;

Cada seo apresenta uma altura variando de 100 a 350 mm dependendo do desnvel a ser medido;

Recomenda-se ter no mximo 4 sees segurana;

Figura 3 Visor de vidro plano com 3

sees


Medidor de Nvel tipo Flutuador:

- Interno;

- Externo;

- Livre;


Medidor de Nvel com flutuador interno

Dispositivo esfrico colocado a flutuar no tanque e seu movimento vertical convertido pela alavanca em movimento rotativo para um indicador externo.A rotao da alavanca produz uma indicao direta ou acima um contato magntico.

normalmente usado quando grande resistncia presso desejada. Usado em tanques abertos

Figura 4 Medidor de Nvel com flutuador

interno.4


Medidor de nvel com flutuador externo

Neste medidor o flutuador colocado em uma cmara montada do lado de fora do tanque. Conforme varia o nvel do flutuador movimenta-se verticalmente.

Este por sua vez transmite esta variao ao elemento indicador atravs de um sistema de alavancas;

menos afetado por oscilaes na superfcie do lquido que o medidor de nvel interno;

Figura 5 Medidor de nvel com flutuador

externo. 5


Medidor de nvel tipo

flutuador livre

Indica a variao do nvel do

lquido atravs do movimento

ascendente e descendente do

flutuador ligado por meio de

uma fita metlica ou corrente a

um peso. O deslocamento do

flutuador de utilizao deste

medidor de aproximadamente

de 0 a 30m.

Figura 6 Medidor de nvel tipo

flutuador livre. 6

MEDIDORES INDIRETOS DE NVEL

Medidores indiretos de nvel

Na medio indireta, o nvel medido indiretamente em

funo de grandezas fsicas a ele relacionadas como:

Presso;

Empuxo;

Propriedades eltricas;

Medidores Indiretos de Nvel por empuxo

Este medidor de nvel provido de um detector que utiliza Princpio

de Arquimedes, citado abaixo:

Um corpo imerso em um lquido sofre a ao de uma fora vertical

dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do lquido

deslocado.

Tal fora denominada Empuxo, que diretamente proporcional a

densidade do fluido.

Medidores de nvel por empuxo

Um exemplo desta categoria o Deslocador(Displacer), que

utilizado como sensor de transmissores de nvel e tem a forma de

um cilindro oco;

Pode ser fabricado pelos seguintes materiais:

Ao inox 304 ou 316,

Monel,

Hastelloy;

Tefflon;

A escolha do material adequado determinada principalmente

pela temperatura e poder corrosivo do fluido;

Deslocador(Disclamer)

No interior do cilindro, se necessrio, so depositados contrapesos granulados, a fim de ajustar o peso do deslocador;

O empuxo aumenta com o percentual de imerso, assim tem-se que o

peso aparente do deslocador se reduz com o aumento do nvel;

Tipos de Deslocadores A faixa de medio varia de acordo com a aplicao;

A faixa comercializada de 5000mm,sendo que a preciso varia de

acordo com o fabricante;

Figura 7 Exemplo de deslocador.7

Medio de nvel por presso hidrosttica

Neste tipo de medio usa-se a presso exercida pela altura da coluna

lquida, para medir indiretamente o nvel, como mostra a seguir o Teorema de Stevin:

P=h.d

Onde:

P: presso;

h: nvel em mm ou polegadas;

d: densidade relativa do lquido na temperatura ambiente;

Essa tcnica permite que a medio seja feita independente do formato do tanque, seja ele aberto, seja pressurizado;


Neste tipo de medio, utiliza-se um transmissor de presso diferencial

cuja cpsula sensora dividida em duas cmaras: a de alta (H) e a de

baixa presso (L);

Este transmissor de nvel mede a presso diferencial, subtraindo-se a

presso da cmara alta (H) da cmara baixa ;

Figura 8:Medidor de nvel por presso hidrosttica em tanque externo.8


Para medio em tanques pressurizados, a tubulao de impulso da parte de baixo do tanque conectada cmara de alta presso do transmissor de nvel;

A presso atuante na cmara de alta a soma da presso exercida sob a

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

reservatrio;

Borbulhador

utilizado para medies de:

Nvel de lquidos viscosos;

Nvel de lquidos Corrosivos;

Medir nvel a distncia;

Figura9:Esquema de funcionamento

do borbulhador. 9

Borbulhador

Figura 11: Borbulhadores. 11 Figura 10 - Esquema Borbulhadores 10

Borbulhador

Necessita de um suprimento de ar

ou gs, e uma presso ligeiramente

superior que a mxima presso

hidrosttica exercida pelo lquido;

Este valor normalmente ajustado

para aproximadamente 20% a mais

que a mxima presso hidrosttica

exercida pelo lquido;

Ajustamos a vazo de ar ou gs at

que se observe a formao de

bolhas em pequenas quantidades;

Figura 12: Tanque com borbulhador. 12

Borbulhador O sistema borbulhador engloba uma vlvula agulha, um recipiente com lquido

na qual o ar ou gs passar pelo mesmo e um indicador de presso;

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

medir seu nvel, teremos ento um borbulhamento bem sensvel de ar ou gs

no lquido o qual queremos medir o nvel ;

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

que indicar um valor equivalente a presso devido ao peso da coluna lquida;

Medio de nvel por Capacitncia

A capacitncia uma grandeza eltrica que existe entre duas superfcies condutoras isoladas entre si;

A capacidade do conjunto depende do nvel do lquido;

medida que o nvel do tanque for aumentando, o valor da capacitncia aumenta progressivamente devido ao dieltrico ar ser substitudo pelo dieltrico lquido;

Figura 13: Esquema de

funcionamento de Capacitor. 13

Medidor de nvel por Capacitncia

Aplicaes :

Monitoramento contnuo do nvel de tanques, reservatrios ou silos,;

Vrios tipos de lquidos condutivos ou no, tais como gua, leo, slidos, meios pastosos, corrosivos entre outros;

Slidos como ps e granulados com constante dieltrica relativa > 2 ;

Vantagens

Longa durao e baixa necessidade de manuteno atravs da construo mecnica robusta;

No possui partes mveis;

Estrutura compacta e resistente;

Instalao simples e econmica;

Opera em temperaturas e presses altas;

Medio de nvel por ultra-som

O ultra-som consiste em uma onda sonora cuja frequncia de oscilao

maior que aquela sensvel pelo ouvido humano, ou seja, acima de 20

Khz;

A propagao do ultra-som depende, portanto, do meio (slido, lquido

ou gasoso);

A velocidade do som a base para a medio atravs da tcnica de eco,

usada nos dispositivos ultra-snicos;


O tempo de trnsito tomada para receber o impulso refletido medido

pelo dispositivo eletrnico

d = Velocidade do som * tempo

Nvel h = L- d

Diferentes opes de materiais para o transdutor (para compatibilidade

qumica);

Diferentes sadas (rels, 4-20 mA a 2 ou 4 fios, RS485 ou Hart);

Diferentes verses para reas classificadas, verses para montagem

remota ou integral alm de poderem efetuar a indicao de volume e

funes de controle ou alarme de nvel;

Medio de nvel por ultra-som Vantagens:

Baixo custo;

No-contato;

Altamente fivel para a medio de slidos e, pode ser utilizado sem quaisquer

restries abertos ou fechados;

Desvantagens:

Se o silo alimentado pneumaticamente, a poeira pode impedir um sinal de

retorno para o sensor;

Materiais de alta temperatura podem mudar a velocidade de transmisso,

acarretando problemas de preciso;

O eco material tambm apresenta um desafio; superfcies inclinadas pode

causar reflexo indireto levando a fraca e / ou ecos de diviso.;


Figuras 14-15:Medidores por ultra-

som. 14 15

Medio de nvel por radar

O radar possui uma antena cnica que emite pulsos eletromagnticos de alta

frequncia 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;

Essa tcnica pode ser aplicada com sucesso na medio de nvel de lquidos e

slidos em geral;

A grande vantagem deste tipo de medidor em relao ao ultrassnico a

imunidade efeitos provocados por gases, p, e espuma entre a superfcie e o

detector;

Medio por laser

Semelhante a medio por ultra som e por radar;

Pode ser usado fora do tanque, caso haja uma janela de vidro;

Medio por radiao

Os sistemas radiamticos so utilizados para medio de nvel de lquidos,

polpas ou slidos granulados em aplicaes onde nenhuma outra tecnologia

disponvel pode ser aplicada.

Esses sistemas consistem de uma fonte de emisso de raio gama (), um detector tipo cmara de ionizao ou cintilao e uma unidade eletrnica

conversora e transmissora de sinal.

Medio por radiao

Vantagens:

Baixo Custo de Manuteno e Alta Confiabilidade ;

Tcnica no invasiva ;

Nenhuma exposio corroso, a alta presso, ou condies abrasivas ou

a processo de altas temperaturas;

Detectores sem partes mveis evitam problemas de desgaste, corroso

ou falhas mecnicas no processo ;

Medidas por radiaes nucleares provaram ser viveis ao longo do tempo

em milhares de aplicaes;

Medio por radiao

Desvantagens:

Alto custo;

O uso de uma fonte de radiao nuclear exige licenciamento, bem como um

profissional conhecedor de segurana nuclear .

A fonte ir se deteriorar ao longo do tempo e, eventualmente, precisar de

eliminao e substituio, processo rigoroso e caro.

Medio por radiao

Figura 16: Esquema de medidores

por radiao.16

Medio de nvel por pesagem

A medio de nvel por pesagem consiste basicamente na instalao de

clulas de cargas nas bases de sustentao do silo cujo nvel se deseja

medir.

Clula de carga um sensor constitudo por fitas extensiomtricas

(STRAIN-GAUGES) fixados adequadamente em um bloco de ao

especial com dimenses calculadas para apresentar uma deformao

elstica e linear quando submetido a uma fora. Essa deformao

detectada pelas fitas extensiomtricas atravs da variao de sua

resistncia eltrica.

Medio de nvel por pesagem

As clulas de carga podem ser

instaladas sob os pontos de apoio

da estrutura do silo, de tal forma

que o seu peso nelas aplicado.

Para silos pequenos podem ser

usadas clulas de carga que so

deformadas por trao, sendo

neste caso o silo suspenso por

uma nica clula, eliminando-se o

problema de distribuio de carga.

Figura 17: Medidor por pesagem. 17

Medidores de Nvel Descontnuos

Figura 18 Medidor Descontnuo tipo Contnuo 18 Figura 19 Medidor Descontnuo tipo Bia. 19

So escolhidos de acordo com a sensibilidade, tipo de fluido, caractersticas operacionais,

instalao e custo.

APLICAES

Nvel Altura do contedo de um reservatrio

Comprimento [m] [ft] [in]

Volume [m3] [l] [ft3] [in3]

Massa [kg] [lb]

Unidades de medida

Aplicaes

Uso de sensor de nvel em reservatrio de leite;

Uso de sensor de nvel na indstria farmacutica: medio e

mistura de matrias-primas;

Uso de chave de nvel para proteo contra transbordo em

silos de gros, por exemplo, em cervejarias;

Aplicaes

Uso de chave de nvel na indstria automobilstica;

reservatrios de tinta;

Uso de chave de nvel na automao predial, conduta de

alimentao de bomba;

Uso de sensor de nvel em rios, alertas de enchente;

Medio de nvel em caldeira

Controle do nvel de gua no tubulo de uma caldeira de

vapor:

Eficincia econmica

Eficincia operacional

Segurana


Nvel ideal de um tubulo: 50%

Maior rea de superficie de gua em ebulio

Nvel baixo: superaquecimento

Limitaes e riscos


Mtodos hidrostticos e sistemas de bia

- Altos custos operacionais

- Indisponibilidade frequente da caldeira

- Consequente perda de eficincia

- Erros: dependncia da densidade

- Alterao via cculos temperatura x densidade

- Start-up: frequentes calibraes


Figura 20: Influncia da densidade da gua na medio hidrosttica. 20


Medio direta em distncia

- Sem dependncia das caractersticas fsicas do meio

- Medio por microondas guiadas

- Ondas eletromagnticas e a constante dieltrica

- Presena de gua e vapor e o efeito fase gasosa

- Variaes menores que mtodos hidrostticos ou bias


Figura 21: Medio do nvel no tubulo diretamente pela distncia. 21


Figura 22: Medio direta em distncia com compensao em fase gasosa22


Figura 23: Comparao dos desvios de cada tecnologia. 23

PRINCIPAIS FABRICANTES

Escolha do Produto

A escolha do medidor de nvel analisada a partir das

seguintes variveis:

Exatido;

Custo;

Calibrao;

Instalao;

Manuteno;

Figura 24 Medidor de nvel Drexelbrook. 24

Fabricantes

Algumas empresas que produzem medidores de nvel so:

Ametek Drexelbrook;

Flowline;

SolidAT;

Dwyler;

Conaut;

Contech.

Ametek Drexelbrook

Lder em tecnologia de medida de nvel.

USonic Series:

Ultrassnico.

Alimentao: 19-30VDC;

Sinal de Sada: 2 fios, 4-20mA;

Resistncia Mxima do Circuito: 600 com tenso de 24VDC;

Modo de sada: Nvel, Fluxo, Volume, Distncia;

Faixa de Medida: 0,3-9,1m;

Preciso: 0,15% ou 5mm;

Faixa de Temperatura: -40C-70C;

Fail-Safe: 3,7mA and 22mA.

Figura 25 Medidor de Nvel

Drexelbrook USonic. 25

Flowline

FloaTek Float Level Transmitter:

Contato Direto;

Instalao no topo do equipamento;

Ao Inoxidvel;

Sinal de Sada: 4-20mA;

Alcance: 2m;

Temperatura Mxima: 85C;

Presso Mxima: 13,8bar.

Melhor utilizao: gua, leos leves e produtos

qumicos diludos.

Figura 26 Medidor de Nvel FloaTek Float. 26

SolidAT

SmartScan50 De lder para todas as aplicaes:

Ultrassnico;

Aplicaes: Lquidos, Slidos, Fluxo de Canal

Aberto, Volume;

Alimentao: 18-30VCC ou 100-230VAC;

Sinal de Sada: 4 fios, 4-20mA;

Faixa de Medida: 0,40-12,0m;

Preciso: 0,25% da faixa de medida;

Faixa de Temperatura: -40C-90C;

Modelos para Zona 1 Ex Disponveis.


SmartScan 50. 27

Dwyler

Empresa Nacional;

Modelo DLT:

Aplica em materiais lquidos e slidos, condutores ou isolantes;

Alimentao: 115-230VAC;

Sinal de Sada: 4-20mA;

Presso mxima: 100kgf/cm;

Resistncia Mxima do Circuito:300;

Faixa de Medida: 0,0025-60m;

Faixa de Temperatura: -20C-71C.


DLT. 28

Contech

Empresa Nacional;

Visor Indicador de Nvel Magntico Metlico de

Alta Presso

Mltiplas Opes de Montagem;

Sensor em vrios tipos de material;

Baixa Manuteno;

Alta Resistncia a Produtos qumicos;

Feito de ao inoxidvel;

Temperatura Mxima: 200C;

Presso Mxima: 100kgf/cm;

Distancia entre tomadas: 0,15 at 5,80 m. Figura 29 Visor Indicador de Nvel Magntico 29

PRINCIPAIS AVANOS TECNOLGICOS

Principais Avanos Tecnolgicos

Indicador de Nvel atravs do Empuxo

244LD - Transmissor Inteligente de Empuxo com Tubo de Torque e

Deslocador para Medio de Nvel

Figura 30 - Indicador de Nvel atravs do

Empuxo. 30


Transmissor de presso diferencial Quando a densidade do fluido conhecida e no varia

Teorema de Stevin(presso hidrosttica): P = h *

onde P = Presso em mm H2O ou polegada H2O h = nvel em mm ou em polegadas

= densidade relativa do lquido na temperatura ambiente.

Quando a densidade do fluido varia com a temperatura

RD400 Transmissor de Nvel com Radar de Onda Guiada, tecnologia

baseada na Reflectometria no Domnio do Tempo(TDR).

RD400

Figura 31 Transmissor de

Nvel com Radar de Onda

Guiada . 31


Medio de Nvel Atravs de Sensor de Borbulhador

Sensor de Nvel Borbulhador - QHB101

Medidor pneumtico;

Ele robusto, sem sensor e eletrnica instalados dentro d'gua;

mini compressor bombeia ar atravs do tubo de presso em intervalos ajustveis;

A presso do tubo medida usando um preciso sensor no QHB101, medindo o nvel

da gua naquele momento;

A operao peridica do QHB101 possibilita uso de painel solar;

Figura 32 Sensor de Nvel Borbulhador 32


Medio de Nvel Atravs de Capacitncia Eletrosttica

Medidor de Nvel para Lquidos e Slidos - Modelo MASSPOINT CL

Estabilidade variao de umidade, temperatura e presso;

Imunidade incrustaes no sensor, mesmo com produtos condutivos;

Imunidade agitao na superfcie do fludo;

Opera em produtos altamente isolantes e altamente condutivos;

Opera em slidos e lquidos; Figura 33 Medidor de Nvel para

Lquidos e Slidos. 33


Medio de Nvel Transmissor Ultrasnico

Sensor de Nvel IP68

Eliminao de rudos ou ecos falsos;

Monitoramento de at 15 taques;

Utilizado para medir nvel de lagoas, reatores e at esgoto;

Sistema de comunicao de alta tecnologia HART, RS485 (ModBus);

Alta resistncia presso e temperatura;

Figura 34 Sensor de Nvel IP68 34

Referncias Bibliogrficas Figuras 1 2 3 4 5 e 6 Disponvel em :

http://www.faculdadedavilamatilde.com.br/publicacoes/Apostila%20%20%20%20%20%20N%C3%ADvel_1_15.pdf - Acesso 20/01/2014

7 8 9 10 11 12 Disponvel em: http://www.professores.uff.br/controledeprocessos-eq/images/stories/Aula06_Instrument-Nivel.pdf Acesso em 21/01/2014

13 14 15 16 17 18 19 Disponvel em http://aiecp.files.wordpress.com/2012/07/3-2-pc3b3s-pucpr-3-medic3a7c3a3o-de-nc3advel.pdf Acesso em 19/01/2014

20 21 22 Disponvel em: http://www.br.endress.com/eh/sc/america/br/pt/resourceadditional.nsf/imgref/Download_Medi%C3%A7%C3%A3o%20de%20N%C3%ADvel%20em%20Caldeiras.pdf/$FILE/Medi%C3%A7%C3%A3o%20de%20N%C3%ADvel%20em%20Caldeiras.pdf Acesso em 20/01/2014

23 Disponvel em http://www.profibus.org.br/artigos/Medicao+de+nivel+em+tanques+pela+pressao+diferencial.html Acesso em 20/01/2014

24 25 Disponvel em : http://www.drexelbrook.com/Continuous-Level-Measurement/Ultrasonic-Level-Measurement/USonic.aspx Acesso em 20/01/2014

Referncias Bibliogrficas 26 Disponvel em: http://www.solidat.com/Products/products-pt.htm Acesso em

23/01/2014

27 Disponvel em: http://catalogo.dwyler.com.br/product/medidores-de-nivel/edidor-de-

nivel-para-liquidos-e-solidos-modelo-dlt Acesso em 20/01/2014

28 Disponvel em: http://catalogo.dwyler.com.br/product/medidores-de-nivel/edidor-de-

nivel-para-liquidos-e-solidos-modelo-dlt Acesso em 24/01/2014

29 Disponvel em: http://www.contechind.com.br/catalogos/visor-indicador-de-nivel-

magnetico.pdf Acesso em 20/01/2014

30 31 32 33 34 Disponvel em: http://www.nivetec.com.br/docs/catalogo_geral.pdf Acesso

em 21/01/2014

Referncias Bibliogrficas Textos:

http://www.smar.com/newsletter/marketing/index39.html Acesso em 20/01/2014

http://www.dca.ufrn.br/~acari/Sistemas%20de%20Medida/SLIDES%20INSTRUM

ENTACAO%20NIVEL.pdf Acesso em 18/01/2014

http://www.faculdadedavilamatilde.com.br/publicacoes/Apostila%20%20%20%20

%20%20N%C3%ADvel_1_15.pdf Acesso em 25/01/2014

http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/instrumentacao_basica.p

df Acesso em 22/01/2014

http://www.instrumentoslince.com.br/pdf/Lince%20_%20Linha%20Nuclear%20_

%20ProTrac.pdf Acesso em 20/01/2014

http://www.hobeco.net/F_Estacoes_Hidro.html Acesso em 21/01/2014

http://catalogo.dwyler.com.br/product/medidores-de-nivel/-nivel-para-liquidos-e-

solidos-modelo-masspoint-cl? Acesso em 25/01/2014

medidores de nível

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