Instrumentação 2017 Parte VI (Nível)

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Instrumentação
Prof. Gilson Gomes de Medeiros
Parte IV
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Medição de nível
É a medição da altura do conteúdo (sólido ou, mais frequentemente, líquido) de um reservatório.
Através de sua medição, é possível:
avaliar o volume estocado;
fazer o balanceamento de materiais em processos;
aumentar a segurança e controle de alguns processos. 
Trata-se de uma das principais variáveis utilizadas em controle de processos contínuos.
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Medição de nível
A medida do nível é a de um comprimento linear, e pode ser convertido em volume:
de forma direta, em reservatórios regulares
de forma linearizada, para outros casos. 
Será considerada neste curso apenas a medição de nível de líquido, que pode ser:
Direta: usa como referência a posição do plano superior da substância medida.
Indireta: em função de grandezas físicas, como pressão, empuxo, radiação e propriedades elétricas.
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Medição de nível direta
Medição com trena graduada:
É um dos métodos recomendados pelo Regulamento Técnico de Medição (RTM) da ANP/INMETRO para a medição de petróleo em tanque.
As trenas precisam ser verificadas metrologicamente.
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Medição de nível direta
Medição com trena graduada:
				 Boca de medição		
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Medição de nível direta
Medição com trena graduada:
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Medição por espaço cheio
Procedimento
 Introduzir a trena pela boca de medição do tanque, lentamente, até que o prumo entre em contato com o fundo do tanque. Durante esta operação, manter a trena sem oscilações, para evitar a formação de ondas na superfície do produto.
 Retirar a trena e verificar a altura marcada pelo produto.
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Medição de nível direta
Medição com trena graduada:
		
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Medição de nível direta
Régua simples: emprega o mesmo princípio de medição da trena graduada.
Consiste em uma régua graduada que tem um comprimento conveniente para ser introduzida no reservatório a ser medido.
A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento molhado 	na régua pelo líquido.
		
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Medição de nível direta
Régua externa (associada a bóia ou flutuador)
Também é um método recomendado pelo RTM
Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso, no qual está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala (régua).		
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Medição de nível direta
Régua externa – mecanismo: o movimento da bóia indica o nível através da posição do contrapeso sobre a régua. 		
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Medição de nível direta
Régua externa – utilizada em tanques preferencialmente verticais, de diversas alturas		
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Medição de nível direta
Régua externa – uso correto e incorreto
		
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Medição de nível direta
Visor de nível
usa o princípio dos vasos comunicantes
o nível é observado por um visor de vidro especial, protegido por uma haste metálica, podendo estar acompanhado de uma escala graduada 
é um medidor simples, barato e de indicação direta
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Medição de nível direta
Visor de nível
Posicionamento no tanque: da base do reservatório até seu ponto mais alto; se necessário, utilizar sobreposição de faixas de leitura. A fixação é feita entre duas válvulas de bloqueio.
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Medição de nível direta
Visor de nível
Utilização: monitoração local do nível de líquido ou de interfaces de líquidos imiscíveis (ex.: água + óleo)
Vantagens: baixo custo de aquisição, fácil manutenção
Desvantagens: uso não recomendado em vasos de pressão ou temperatura elevadas (embora existam tipos especiais para uso em caldeiras); possibilidade de quebra por choque (por isso, não recomendado o uso para medir nível de líquidos tóxicos, inflamáveis ou corrosivos).
Obs.: os limites de pressão e de temperatura de uso, geralmente 2 bar e 100 ºC, dependem dos diâmetros dos tubos de vidro, que são normalizados.
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Medição de nível indireta
Medição por pressão (hidrostática ou diferencial)
Fundamentada no teorema de Stevin, P = h , onde P = pressão exercida pela coluna líquida, medida no fundo do tanque; h = nível de líquido; e  é a densidade relativa do líquido à temperatura ambiente.
Medição simples, uma vez que o nível é diretamente proporcional à pressão medida  h = (1/ ) P
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Medição de nível indireta
Medição por pressão (hidrostática ou diferencial)
É acrescentado ao valor de h a distância d entre o ponto de tomada de pressão e o fundo do tanque, se for o caso.
Frequentemente, o medidor é, geralmente, um transmissor de pressão diferencial que contém duas câmaras, uma que mede a pressão mais alta e outra que mede a pressão baixa.
Para um tanque atmosférico, a pressão alta é tomada na parte interna inferior do tanque contendo o líquido, enquanto que a pressão baixa é a atmosférica (externa).
Em um tanque pressurizado, a pressão alta é tomada da mesma forma e a pressão baixa é tomada na parte interna superior do tanque, acima da coluna de líquido.
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Medição de nível indireta
Medição por pressão
(a) em tanques atmosféricos	 (b) em tanques pressurizados: nr					neste caso, um dreno pode 					ser eventualmente 					colocado junto à câmara de 					alta pressão do medidor.
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Medição de nível indireta
Medição por pressão diferencial em tanque pressurizado: exemplos
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Medição de nível indireta
Medição de Nível com Borbulhador
Necessita de um suprimento de gás (pode ser ar) a uma pressão ligeiramente superior (até cerca de 20%) à pressão hidrostática máxima exercida pelo líquido.
O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha e um medidor de pressão (esquema abaixo). Ajusta-se a vazão do gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades. O medidor indicará o valor da pressão do gás na tubulação, equivalente à pressão devida ao peso da coluna líquida.
A extremidade da tubulação deve estar próxima ao fundo do tanque.
É possível instalar o medidor à distância.
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Medição de nível indireta
Medição de Nível com Borbulhador
Necessita de um suprimento de gás (N2, ar) a uma pressão ligeiramente superior (até cerca de 20%) à pressão hidrostática máxima exercida pelo líquido.
O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha e um medidor 					de pressão. 
Ajusta-se a vazão do gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades (uma ou duas por segundo). 
O medidor indicará o valor da pressão do gás na tubulação, equivalente à pressão devida ao peso da coluna líquida.
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Medição de nível indireta
Medição de Nível com Borbulhador
A extremidade da tubulação deve estar próxima ao fundo do tanque.
É possível instalar o medidor à distância.
É pouco provável que o tubo medidor venha a ser obstruído.
Em caso de suspeita de obstrução, pode-se abrir temporariamente a vazão de ar, provocando um turbilhão que denunciará a sua desobstrução. 
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Medição de nível indireta
Medição de Nível com Borbulhador
BAMOBUL (Transmissor de nível)
Faixa de 0 a 500 mm WC
Incerteza: ± 1% 
Saída de 4-20 mA analógico
Alimentação de 230 V - 50/60 Hz 
Ref.: http://www.bamo.fr/cbx/s938_page1567.htm
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Medição de nível indireta
Medição de Nível com Borbulhador
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Medição de nível indireta
Medição de nível por ultrassom
O ultrassom consiste em uma onda sonora cuja frequência de oscilação é maior que aquela sensível pelo ouvido humano, ou seja, acima de 20 kHz.
A propagação do ultrassom depende, portanto, do meio (sólido, líquido ou gasoso).
A velocidade do som é a base para A medição de nível se faz através da técnica de eco, fundamentada na velocidade da onda sonora e no tempo de trânsito que esse onda leva para se deslocar em um meio.
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Medição de nível indireta
Medição de nível por ultrassom
Um sensor (transmissor/receptor) ultrassônico emite uma onda que se desloca pelo ambiente até atingir a superfície do material que se quer medir; o
sinal é refletido de volta ao sensor.
Pelo tempo decorrido desde a emissão do sinal até o seu retorno, pode-se obter a distância percorrida pelo mesmo.
Pode ser usado para medir interfaces.
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Medição de nível indireta
Medição de nível por ultrassom
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Medição de nível indireta
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Medição de nível por ultra-som com sensor submerso
Modelos de sensores
Medição de nível por ultrassom: modelos
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Medição de nível indireta
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Medição de nível por ultrassom: posicionamento do emissor na tampa do tanque
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Medição de nível indireta
Medição de nível por radar
Princípio semelhante ao ultrassom
Possui uma antena cônica que emite impulsos eletromagnéticos de alta frequência até a superfície a ser detectada.
A distância entre a antena e a superfície a ser medida será calculada em função do tempo de atraso (TOF) entre a emissão e a recepção do sinal.
Essa técnica pode ser aplicada com sucesso na medição de nível de líquidos e sólidos em geral.
A grande vantagem deste tipo de medidor em relação ao ultrassônico é a imunidade a efeitos provocados por gases, pó e espuma entre a superfície e o detector, porém possui um custo relativamente alto.
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O que é TOF (Tempo de Vôo) ?
Radar Level Measurement
E+H Maulburg
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--.--
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Cálculo da distância entre o instrumento e a superfície com a fórmula:
E+H Maulburg
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O Princípio – Time of Flight (ToF)
Radar Level Measurement
E+H Maulburg
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Emisão 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 
emitting 
receiving
E+H Maulburg
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Radar Level Measurement
E+H Maulburg
Slide *
Reflexão - básico
Microondas: ondas eletromagnéticas
 --> Alteração na constante dielétrica (DK, r)
Ultrassom: ondas mecânicas
 --> Mudança da Densidade
Diferença entre ondas eletromagnéticas e ondas eletromecânicas
Air: r  1
Medium: r > 1
Change of impedance
E+H Maulburg
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Radar Level Measurement
E+H Maulburg
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oil
r=2
=0,85
Reflexão -Básico 2
Radar versus Ultra-som 
E+H Maulburg
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Radar Level Measurement
E+H Maulburg
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Micropilot M FMR240 – Storage Tank with Heating
 	Produto: gordura (DC ~ 2.0)
 	Tanque: 10 m altura / 4 m diametro
 	Serpentina de aquecimento: ø 3.5 m
 	Conexão: DN80 	
 Instrumento: FMR240
Um ângulo menor de um radar de 26 GHz significa menos interferência dos obstáculos.
FMR240 - 26 GHz
FMR231 - 6GHz 
E+H Maulburg
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Radar Level Measurement
E+H Maulburg
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Micropilot M FMR230 – Agitador
 	Produto: solvente (baixa DC)
 	Tanque: 3.2 m altura
 	Temperatura: 180°C
 	3 stagios de agitador
 	Serpentina de aqucimento 	
 Instrumento: FMR230 	(DN200 antenna)
6 GHz para superfícies turbulentas
E+H Maulburg
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Radarmesstechnik
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Radarmesstechnik
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Radarmesstechnik
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Radarmesstechnik
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