Medição de nível
A medição do nível de um tanque é essencialmente a determinação da altura ocupada por uma substância no interior de um recipiente ou tanque. Esta medida pode ser realizada de maneira direta ou indireta, além de poder ser contínua ou por detecção. Em termos práticos, o método direto envolve o uso de dispositivos físicos, como sensores de nível, que fornecem uma leitura direta da altura do fluido. Já o método indireto emprega técnicas como pressão, ultrassom ou radar para inferir o nível com base em propriedades correlacionadas, como a pressão exercida pelo líquido.
Quanto à abordagem contínua, refere-se à obtenção constante de dados em tempo real, permitindo um monitoramento preciso e em tempo integral do nível do tanque. Por outro lado, a medição por detecção envolve a obtenção de leituras específicas em momentos determinados, sendo uma abordagem mais pontual e direcionada.
Os dispositivos de medição de nível líquido são classificados em dois grupos:
- (a) método direto e
- (b) método inferido
Uma ilustração prática do método direto é observada na vareta de medição de óleo em um veículo, a qual determina a altura do óleo na bandeja de coleta. Nesse contexto, a vareta fornece uma leitura visual direta da quantidade de óleo presente, permitindo uma avaliação imediata do nível sem a necessidade de dispositivos adicionais. Essa abordagem simples e direta é um exemplo claro de como a medição direta pode ser aplicada para obter informações precisas sobre o nível de um fluido em um recipiente específico.
Um exemplo do método inferido/indireto é um medidor de pressão na parte inferior de um tanque que mede a pressão hidrostática da cabeça a partir da altura do líquido.
Uma abordagem bastante direta para medir o nível de líquido em um recipiente é através do método do vidro medidor (conforme ilustrado na Figura 1). Nesse método, um tubo transparente é fixado nas extremidades inferior e superior do tanque, sendo a conexão superior dispensável em tanques abertos à atmosfera. Esse tubo transparente permite visualizar o nível do líquido no interior do tanque.
A relação entre a altura do líquido no tubo e a altura da água no tanque é direta, proporcionando uma representação visual clara do nível do líquido. Este método, embora simples, é eficaz para medições precisas em sistemas onde a simplicidade e a facilidade de leitura visual são prioridades. Vale ressaltar que em tanques abertos à atmosfera, a conexão superior do tubo não é essencial, uma vez que a pressão atmosférica atua diretamente no líquido, eliminando a necessidade de uma abertura superior no tubo medidor
Medidor de nível transparente
Os primeiros visores eram de vidro ou borosilicato em formato tubular não suportando pressões muito altas o que limitava a pressões de 2 bar a temperatura 200ºC, em condições especiais com tubos de maiores espessuras podendo chegar 3 bar 45 PSIg. Nos casos de necessidade de medir pressão de temperaturas mais altas, utiliza-se um formato diferente de medidor estaremos mostando a baixo esse tipo mais resistente. Quando temos a necessidade de aplicar esse tipo de medidor em pressões e temperatura eles são feitos de metal com uma secção de vidro com parede grossa ou quartizo para aplicações de pressões ainda maiores. Para essa aplicação normalmente seu formato é plano proporcionado mais força e segurança.
A Figura 2 ilustra um típico vidro de bitola transparente.
Medidor de nível de reflexo
Outro tipo de vidro medidor é o vidro medidor de reflexo (Figura 3). Neste tipo, um lado da seção de vidro é em forma de prisma. O vidro é moldado de tal forma que um lado tem ângulos de 90 graus que funcionam longitudinalmente. Raios de luz atingem a superfície externa do vidro em um ângulo de 90 graus. Os raios de luz viajam através do vidro atingindo o lado interno do vidro em um ângulo de 45 graus. A presença ou ausência de líquido na câmara determina se os raios de luz são refratados na câmara ou refletidos de volta à superfície externa do vidro.
Quando o líquido está em um nível intermediário no vidro medidor, os raios de luz encontram uma interface de ar-vidro em uma porção da câmara e uma interface água-vidro na outra parte da câmara. Onde existe uma interface ar-vidro, os raios de luz são refletidos de volta à superfície externa do vidro, uma vez que o ângulo crítico para a luz passar do ar para o vidro é de 42 graus. Isso faz com que o vidro de bitola pareça branco prateado.
Na parte da câmara com a interface água-vidro, a luz é refratada na câmara pelos prismas. O reflexo da luz de volta à superfície externa do vidro medidor não ocorre porque o ângulo crítico para a luz passar do vidro para a água é de 62 graus. Isso resulta no vidro aparecendo preto, já que é possível ver através da água as paredes da câmara que são pintadas de preto.
Medidor de nível de radiação
Quando o líquido está em um nível intermediário no vidro medidor, os raios de luz encontram uma interface de ar-vidro em uma porção da câmara e uma interface água-vidro na outra parte da câmara. Onde existe uma interface ar-vidro, os raios de luz são refletidos de volta à superfície externa do vidro, uma vez que o ângulo crítico para a luz passar do ar para o vidro é de 42 graus. Isso faz com que o vidro reflexivo pareça branco prateado. Na parte da câmara com a interface água-vidro, a luz é refratada na câmara pelos prismas. O reflexo da luz de volta à superfície externa do vidro medidor não ocorre porque o ângulo crítico para a luz passar do vidro para a água é de 62 graus. Isso resulta no vidro aparecendo preto, já que é possível ver através da água as paredes da câmara que são pintadas de preto.
Essa categoria de medidores está gradualmente sendo substituída por dispositivos mais avançados, como medidores do tipo boia magnética e bandeirolas, como será detalhado nas próximas seções deste artigo. Isso se deve às diversas desvantagens associadas a esse tipo específico de medidor.
Os medidores mencionados anteriormente enfrentam uma série de limitações e inconvenientes que justificam a busca por alternativas mais eficientes. A introdução de tecnologias como boias magnéticas e bandeirolas representa uma evolução significativa, oferecendo benefícios superiores em termos de precisão, durabilidade e funcionalidade em comparação com os medidores tradicionais. A transição para essas tecnologias mais modernas visa aprimorar a eficiência e a confiabilidade das medições em diversas aplicações industriais.
Os medidores mencionados anteriormente enfrentam uma série de limitações e inconvenientes que justificam a busca por alternativas mais eficientes. A introdução de tecnologias como boias magnéticas e bandeirolas representa uma evolução significativa, oferecendo benefícios superiores em termos de precisão, durabilidade e funcionalidade em comparação com os medidores tradicionais. A transição para essas tecnologias mais modernas visa aprimorar a eficiência e a confiabilidade das medições em diversas aplicações industriais.
Os medidores mencionados anteriormente enfrentam uma série de limitações e inconvenientes que justificam a busca por alternativas mais eficientes. A introdução de tecnologias como boias magnéticas e bandeirolas representa uma evolução significativa, oferecendo benefícios superiores em termos de precisão, durabilidade e funcionalidade em comparação com os medidores tradicionais. A transição para essas tecnologias mais modernas visa aprimorar a eficiência e a confiabilidade das medições em diversas aplicações industriais.
Os medidores mencionados anteriormente enfrentam uma série de limitações e inconvenientes que justificam a busca por alternativas mais eficientes. A introdução de tecnologias como boias magnéticas e bandeirolas representa uma evolução significativa, oferecendo benefícios superiores em termos de precisão, durabilidade e funcionalidade em comparação com os medidores tradicionais. A transição para essas tecnologias mais modernas visa aprimorar a eficiência e a confiabilidade das medições em diversas aplicações industriais. No exemplo abaixo desmontrado no video apresento esse medidor que possuiem essa técnologia em destaque fabricante ALUTAL , esse medidor em particular possui uma técnologia que impede que bandeirora fique travada.
Medidor de nível de flutuação da bola
O método de flutuação da bóia é um mecanismo de nível líquido de leitura direta. O design mais prático para indicação sendo formado por uma bola de metal oca que funciona como uma boia. Não tendo uma forma ou tamanho definido dependendo da aplicação. O design consiste em uma bola (ou formato próprio conforme fabricante) flutuante presa a uma haste, que por sua vez é conectada a um eixo rotativo que indica nível em uma escala calibrada (figura 5). A bola flutua em cima do líquido no tanque. Se o nível do líquido mudar, o flutuador seguirá e mudará a posição do ponteiro preso ao eixo rotativo.
Estamos aqui apresentando esse método de medição porém a alguns anos não é mais utilizado na pratica porém vale a pena entender o método.
O deslocamento do conjunto é limitada pelo seu design para estar dentro de ±30 graus em relação ao plano horizontal, o que resulta em resposta e desempenho ideais. O alcance de nível real é determinado pelo comprimento do braço de conexão.
A caixa de recheio é incorporada para formar uma vedação à base de água ao redor do eixo para evitar vazamentos do vaso.
Medidor de nível de flutuação da corrente
Este tipo de medidor de flutuação tem um flutuador variando em tamanho de até 12 polegadas de diâmetro e é usado onde pequenas limitações de nível impostas por flutuadores de esfera podem existir. A faixa de nível medido será limitada apenas pelo tamanho do vaso . O funcionamento do método que utiliza cabos com bola flutuante é semelhante ao flutuador da bola, exceto no método de posicionamento do ponteiro e em sua conexão com a indicação de posição. O flutuador é conectado a um elemento rotativo por uma corrente com um peso preso à outra extremidade para fornecer um meio de manter a cadeia esticada durante as mudanças de nível (Figura 6).
Método de ligação magnética
O mecanismo de ligação magnética consiste em um carro magnético que sobe e desce com mudanças de nível. O carro alegórico viaja para fora de um tubo não magnético que abriga um ímã interno conectado a um indicador de nível. Quando a flutuação sobe e desce, o ímã externo atrairá o ímã interno, fazendo com que o ímã interno siga o nível dentro do vaso (Figura 7).
Abaixo Webnar que apresenta uma série de conceitos desafios que os visores de nível de vidro apresenta assim como as chaves de nível que tem partes móveis.
O Indicador e nível por acoplamento é um medidor muito robusto que pode ser facilmente instalado em substituição aos visores de vidro apresentando excelente solução para problema de aplicações em pressão muito altas assim como problema de incrustações e sujidade pincipalmente em aplicações de vasos de petróleo para medição de nível total.
Método de sonda de condutividade
A Figura 8 ilustra um sistema de detecção de nível de sonda de condutividade. Consiste em um ou mais detectores de nível, um relé operacional e um controlador. Quando o líquido fizer contato com qualquer um dos eletrodos, uma corrente elétrica fluirá entre o eletrodo e o solo. A corrente energiza um relé que faz com que os contatos do relé abram ou fechem dependendo do estado do processo envolvido. O relé, por sua vez, acionará um alarme, uma bomba, uma válvula de controle, ou todos os três. Um sistema típico tem três sondas: uma sonda de baixo nível, uma sonda de alto nível e uma sonda de alarme de alto nível.
Sensores de nível de pressão diferencial
O método de medição do sensor/detector de pressão diferencial (DP) utiliza um detector de DP conectado à parte inferior do tanque que está sendo monitorado. A maior pressão, causada pelo fluido no tanque, é comparada a uma menor pressão de referência (geralmente atmosférica). Essa comparação ocorre no detector de DP. A Figura 9 ilustra um típico detector de pressão diferencial ligado a um tanque aberto.
Medição de Nível em TQ Aberto com perna de referência (seca)
O tanque está aberto para a atmosfera; portanto, é necessário usar apenas a conexão de alta pressão (HP) no transmissor DP. O lado de baixa pressão (LP) é ventilado para a atmosfera; portanto, o diferencial de pressão é a cabeça hidrostática, ou peso, do líquido no tanque. O nível máximo que pode ser medido pelo transmissor DP é determinado pela altura máxima do líquido acima do transmissor. O nível mínimo que pode ser medido é determinado pelo ponto em que o transmissor está conectado ao tanque.
Nem todos os tanques ou embarcações estão abertos à atmosfera. Muitos estão totalmente fechados para evitar que vapores ou vapor escapem, ou para permitir pressurizar o conteúdo do tanque. Ao medir o nível em um tanque pressurizado, ou o nível que pode ser pressurizado pela pressão de vapor do líquido, tanto os lados de alta pressão quanto de baixa pressão do transmissor DP devem ser conectados (Figura 10).
Medição de Nível em TQ Fechado com perna de referência (seca)
A conexão de alta pressão é gconectada ao tanque a ou abaixo do valor de faixa inferior a ser medido. O lado de baixa pressão está conectado a uma “perna de referência” conectada a ou acima do valor da faixa superior a ser medida. A perna de referência é pressurizada pela pressão de gás ou vapor, mas nenhum líquido é permitido permanecer na perna de referência. A perna de referência deve ser mantida seca para que não haja pressão líquida na cabeça no lado de baixa pressão do transmissor. O lado de alta pressão é exposto à cabeça hidrostática do líquido mais a pressão de gás ou vapor exercida sobre a superfície do líquido. A pressão de gás ou vapor é igualmente aplicada aos lados de baixa e alta pressão. Portanto, a saída do transmissor DP é diretamente proporcional à pressão hidrostática da cabeça, ou seja, o nível no tanque.
Quando o tanque contém um fluido condensado, como vapor, um arranjo ligeiramente diferente é usado. Em aplicações com fluidos condensados, a condensação é muito aumentada na perna de referência. Para compensar esse efeito, a perna de referência é preenchida com o mesmo fluido que o tanque. O líquido na perna de referência aplica uma cabeça hidrostática ao lado de alta pressão do transmissor, e o valor deste nível é constante desde que a perna de referência seja mantida cheia. Se essa pressão permanecer constante, qualquer alteração no DP deve-se a uma mudança no lado de baixa pressão do transmissor (Figura 11).
A perna de referência preenchida aplica uma pressão hidrostática ao lado de alta pressão do transmissor, que é igual ao nível máximo a ser medido. O transmissor DP é exposto à pressão igual nos lados de alta e baixa pressão quando o nível líquido está no seu máximo; portanto, a pressão diferencial é zero. À medida que o nível do tanque diminui, a pressão aplicada ao lado da baixa pressão também diminui, e a pressão diferencial aumenta. Como resultado, a pressão diferencial e a saída do transmissor são inversamente proporcionais ao nível do tanque.