PIM 4 UNIP AUTOMAÇÃO

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
INSTITUTO DE CIÊNCIAS SOCIAIS E COMUNICAÇÃO – I.C.S.C.
CURSO DE TECNOLÓGICA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
PROJETO INTEGRADO MULTIDISCIPLINAR
Alex Gomes Leal
Carlos Farias
Everton José Gomes Santos
Felipe Santos da Conceição
São José dos Campos – SP
2015
ALEX GOMES LEAL
CARLOS FARIA
EVERTON JOSÉ GOMES SANTOS
FELIPE SANTOS DA CONCEIÇÃO
PROJETO INTEGRADO MULTIDISCIPLINAR
CONTROLE DE LÍQUIDOS INDUSTRIAIS 
“Projeto Integrado Multidisciplinar apresentado ao Instituto de Ciências Sociais e Comunicação, da Universidade Paulista, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de tecnólogo em Gestão.”.
Professor ° Aníbal Miranda 
SÃO JOSÉ DOS CAMPOS – SP
2015
FOLHA DE APROVAÇÃO
Curso de Tecnológica em Automação Industrial
UNIP/Campi de São José dos Campos / Período 2º Semestre de 2014
NOME DOS ALUNOS
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PROJETO INTEGRADO MULTIDISCIPLINAR
COMISSÃO EXAMINADORA:
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Examinador (1)
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Examinador (2)
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Coordenador do PIM
Observações: _______________________________________________________________
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RESULTADO: _____________________________________________________________
DATA DA APROVAÇÃO: ____/____/____RESUMO
Dedicatória
“Dedicamos este trabalho a Deus por sempre nos mostrar o caminho correto e nos dar paciência para saber esperar para atingir nossos objetivos, também às nossas famílias pelo apoio durante este curso e aos amigos que sempre nos deram palavras de confiança nos momentos mais difíceis.”
AGRADECIMENTOS
Agradecemos as nossas famílias e a todos aqueles que contribuíram diretamente como indiretamente para o sucesso e realização desse trabalho, também não podemos deixar de agradecer a UNIP, por ser uma excelente instituição de ensino e principalmente ao Prof. Aníbal e Prof. Elton, que incansavelmente nos apoiaram e nos orientaram ao longo do trabalho, possibilitando alcançar nossos objetivos.
”Há uma força motriz mais poderosa que o vapor, a eletricidade e a energia atômica: à vontade.”
Albert Einstein
RESUMO
O trabalho é composto pelo estudo de sensores de nível líquido e suas aplicações, alguns processos necessitam de um controle do nível de líquidos, como em indústrias químicas e laboratórios. Nestes locais, muitos processos são feitos a partir da combinação de substancias e a proporção deve ser exata, para o sucesso da reação.
Dessa forma, um controle automático pode aperfeiçoar a produção, diminuir os riscos de erro de dosagem além de afastar trabalhadores de ambientes muitas vezes insalubres, como em processos que envolvam ácidos e substancias tóxicas.
Essas e outras aplicações justificam um estudo sobre processos automatizados para controle de níveis de líquidos. Se esse controle for eficiente, simples e de fácil manutenção, os benefícios são ainda maiores.
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ABSTRACT
The work consists of the study of liquid level sensors and their applications, some processes require a control of liquid level, as in chemical laboratories and industries. In these places, many cases are made from a combination of substances and the proportion must be exact for the success of the reaction.
Thus, an automatic control can improve production reduce the dosage error risks in addition to ward environments workers often unhealthy, as in processes involving toxic acids and substances.
These and other applications justifying a study on processes for automatic control of liquid levels. If this control is efficient, simple and easy to maintain, the benefits are even greater.
SUMÁRIO
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RESUMO	
ABSTRACT	
1 -OBJETIVOS	
2 - INTRODUÇÕES AO CONTROLE DE LIQUIDOS INDUSTRIAIS........................................
2.1 - Conceitos básicos......................................................................................................................
3 - TIPOS DE SENSORES DE NIVEL............................................................................................
3. Introduções aos Sensores..............................................................................................................
3. Introduções à medição de nível.....................................................................................................
3. Tipos de sensores de nível.............................................................................................................
3. Características e Tipos de Sinais....................................................................................................
3. Alimentações dos sensores.............................................................................................................
4 - EXEMPLOS DE SENSORES DE NÍVEL E SUAS UTILIZAÇÕES.........................................
4.1 Sensores de Nível Tipo Boia Mecânico ou Magnético................................................................
4.2 Sensores de nível capacitivo........................................................................................................
4.3 Sensores de nível ultrassônicos....................................................................................................
4.4 Sensores de nível tipo Micro-ondas.............................................................................................
4.5 Sensores de Nível Magnetostritivo..............................................................................................
4.6 Sensores tipo borbulhador............................................................................................................
5 - DESENVOLVIMENTO DO PROTOTIPO.................................................................................
5.1 Descrições dos componentes	
6 -CONCLUSÕES	
7- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 	
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LISTA DE FIGURAS
���Figura 1:	
���Figura 2 –.	
���Figura 3.	
���Figura 4 –.	
���Figura 5 –	
���Figura 6 –	
���Figura 7 –	
���Figura 8 –	
���Figura 9 -.	
���Figura 10 –.	
���Figura 11 –	
���Figura 12 -	
���Figura 13 –	
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1. Objetivos
Este trabalho tem por objetivo um estudo detalhado sobre o controle de líquidos industrial, controlar o nível de líquidos é fundamental em diversos processos, sejam em indústrias, residências, laboratórios, entre outros.
Em ambientes industriais, muitos processos necessitam que os níveis de líquidos sejam mantidos nos patamares desejados para o sucesso da produção. Pode ser importante também para o arrefecimento de equipamentos e máquinas, e para isso um controleautomático é muito útil, permitindo a renovação por um liquido em menor temperatura, mantendo o resfriamento desejado.
2 – INTRODUÇÕES AO CONTROLE DE LÍQUIDOS INDUSTRIAIS
Utilizada em todo tipo de indústria, automobilística, alimentícia, petrolífera e entre outras áreas industriais, a automação industrial é a técnica que é utilizada para aperfeiçoar controlar os processos produtivos. Nela se faz necessário controlar e obter as várias variáveis do ambiente em questão, tal função é realizada por sensores, que por sua vez compõem os circuitos transdutores.
Porém existem dois principais elementos presentes nos transdutores, os quais são,
os sensores e 
os atuadores, 
Ambos verificam e interferem no ambiente respectivamente. Os atuadores são dispositivos que possuem a função de interferir na variável controlada, recebendo o sinal do controlador e agindo sobre a planta em que ele for aplicado. Trabalhando frequentemente com potência elevada, os atuadores podem ser válvulas (pneumáticas, hidráulicas), Relés (estáticos, eletromecânicos), motores e solenoides. Já o dispositivo denominado sensor, que é o termo empregado aos elementos que são sensíveis alguma forma de energia do ambiente a ser controlado, sendo esta energia térmica, cinética e luminosa, possui a função de relacionar as informações sobre as grandezas a serem medidas, como temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração, entre outras.
2.1 - Conceitos Básicos
Hoje em dia é raro encontrar alguma máquina que não possua sensores, pois estes são responsáveis por grande parte das informações que possibilitam o funcionamento de uma máquina.
3. TIPOS DE SENSORES DE NÍVEL
3.1 Introduções aos Sensores
Nas plantas automatizadas os sensores são elementos muito importantes. Na nossa vida cotidiana, os sensores estão presentes em várias situações, ainda que muitas vezes não nos deem conta. Vamos analisar, por exemplo, o funcionamento de um termômetro. Ele indica a temperatura do nosso corpo através do mercúrio, uma substância que se expande com o aumento da temperatura. Então, podemos dizer que o mercúrio é o sensor da temperatura do corpo. Quando subimos numa balança analógica e observamos nosso peso, por exemplo, estamos diante de um processo que faz uso de um sensor. A balança indica nosso peso ou massa porque uma mola sofre uma deformação mecânica proporcional a ele. A informação da deformação é transformada (mecanicamente) e faz girar o ponteiro da balança.
Há outros inúmeros exemplos do uso de sensores como o velocímetro de um automóvel que indica a velocidade de deslocamento porque existe um sensor que é capaz de medir a velocidade das rodas. Ou então, a porta de uma geladeira que ao ser aberta acende a luz, porque há um sensor que indica que ela foi aberta. Procure pensar em outros exemplos da nossa vida em que os sensores estão presentes. O sensor percebe (ou "sente") uma determinada grandeza físico-química e a transmite para um indicador (termômetro, ponteiro do velocímetro, ponteiro da balança, etc.) e, em muitos casos, também para um controlador. Na transmissão de uma grandeza física/química há uma transformação de sinal. A deformação da mola pelo peso transforma-se no acionamento do ponteiro da balança, por exemplo.
Sensor é, então, um dispositivo capaz de monitorar a variação de uma grandeza física e transmitir esta informação a um sistema em que a indicação seja inteligível para nós ou para o elemento de controle do sistema. No caso do automóvel, por exemplo, o elemento que controla o sistema é o motorista; no caso da geladeira é uma ligação elétrica que determina se a lâmpada deve ser acesa.
Todos os dispositivos sensores são compostos por elementos denominados transdutores, pois são capazes de transformar um tipo de energia em outro. A maior parte dos sensores é constituída por transdutores que convertem uma grandeza de entrada em uma grandeza elétrica, que pode ser processada por um circuito elétrico ou eletrônico.
3.2 Introduções à Medição de Nível
Parte integrante do processo de controle em várias indústrias, os sensores para medição de nível se dividem em dois tipos principais. Os sensores de medição de nível pontual são utilizados para registro de uma pequena e imperceptível quantidade de líquido, ou seja, uma condição de nível pré-definido. Geralmente, esse tipo de sensor funciona como um alerta grave, sinalizando uma condição de transbordamento, ou mesmo, como um marcador para um alerta simples. Sensores contínuos de nível são mais sofisticados e oferecem o monitoramento de nível para um sistema completo. Esses sensores medem o nível de fluído em um intervalo, em vez de em um único ponto, produzindo uma saída analógica que corresponde diretamente ao nível do reservatório. Para criar um sistema de gerenciamento de nível, o sinal de saída é conectado a um circuito de controle do processo e a um indicador visual.
3.4 Características e Tipos de Sinais
Os sensores podem ser classificados segundo o tipo de sinal que transformam. Assim, para estudar sensores é necessário começar pelos tipos de sinais. Um sinal é uma informação na forma de um valor (ou de uma curva de valores) de uma grandeza física [DIN 19226]. Há diferentes representações para os diversos tipos de sinais, da mesma maneira que há diversas representações para uma grandeza física. Vamos ver a seguir alguns tipos de sinais.
Sinal Digital
O sinal digital binário (“bi=dois”) só pode assumir dois valores. Estes valores são associados a estados que podem indicar, por exemplo, se uma pressão está acima ou Abaixo de uma determinada referência. O valor 0 (zero) é geralmente utilizado para indicar estados como “falso”, “aberto”, “desligado” ou “abaixo da referência”, enquanto o valor 1 (um) pode indicar estados como “verdadeiro”, “fechado”, “ligado” ou “acimada referência”.
3.5 Alimentações dos sensores
Um sensor, como qualquer outro dispositivo eletrônico, requer cuidado com a alimentação, pois se feita de forma inadequada, poderá causar danos irreparáveis ao sensor.
‰ Tensão Contínua ⇒ Os sensores encontrados no mercado operam em uma faixa de 10 a 30 VDC, então qualquer tensão entre 10 e 30 VDC é suficiente para o correto funcionamento dos mesmos. Na automação é muito comum o uso de alimentação de 24 VDC.
‰ Tensão Alternada ⇒ Para máquinas que não tem disponibilidade de uma fonte de alimentação DC, os fabricantes disponibilizam também, sensores com alimentação alternada de 90 a 265 VAC, tornando-os compatíveis com os padrões brasileiros.
‰ Tensão Universal ⇒ O avanço da tecnologia proporcionou comodidade à automação e os fabricantes disponibilizam capazes de operar em tensões de 12 a 250 V alternada ou continua. É obvio que toda comodidade tem um preço.
Saídas dos sensores Os sensores com saídas discretas possuem saídas com chaveamento eletrônico, e estes podem ser NPN ou PNP.
Sensores com saída NPN = São utilizados para comutar a carga ao potencial positivo. O módulo de saída possui um transistor NPN que conecta a carga à terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do sensor e a tensão de funcionamento positiva (VDC).
Sensores com saída PNP = São utilizados para comutar a carga ao potencial negativo. O módulo de saída possui um transistor PNP que conecta a carga à terra (0 V). A carga é conectada entre a saída do sensor e a tensão de funcionamento negativo (0V).
Sensores com saída a relé = As saídas não são eletrônicas e sim mecânicas. O relê possui contatos, normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF), o que nos disponibiliza uma independência quanto ao potencial da carga. A principal vantagem sobre os eletrônicos esta no chaveamento de correntes mais altas.
‰ Sensores com saída Analógica = São usados para monitoração das variáveis de processo, são também chamados de transdutores,ou seja, convertem uma grandeza física em uma grandeza elétrica normalmente de 4 à 20mA. Terminologia Distância e face sensor: A face sensor é lado do sensor que detecta o objeto e a distância é a distância entre a face sensor e o objeto a ser detectado. Com este parâmetro podemos definir a maior distância que podemos deixar o sensor do objeto a ser detectado.
4. EXEMPLOS DE SENSORES DE NÍVEL E SUAS UTILIZAÇÕES
Neste capítulo são listados os principais tipos de sensores de nível de líquidos, tanto de detecção de nível, como de medição contínua, além de suas principais características. São eles: 
a) Boia de ação magnética ou mecânica são simples, confiáveis e baratas. Sua melhor aplicação é na detecção de nível, pois não tem boa acurácia. 
b) Capacitivo: São capazes de operar com grande variedade de líquidos e sólidos com boa precisão e com faixa de operação de pressão e temperatura bastante altas. No entanto, o tubo da sonda deve ter comprimento parecido com o da altura do vazo, o que pode ser extremamente desvantajoso, e muitas vezes inviável, para vasos bastante altos. 
 c) Ultrassônico: É um sensor bastante popular pelo seu custo-benefício. É possível obter valores bastante precisos por um preço bastante baixo. Além disso, por ser um medidor sem contato, pode ser usado para materiais corrosivos, de alta viscosidade ou de altas temperaturas. Não deve novo entanto, ser usado em casos em que há espuma ou vapor, já que o sensor não opera bem nestas condições. 
d) Micro-ondas: Este medidor é capaz de operar em ambientes com vapor, poeira, além de pressão e temperatura extremas (metal fundido e gases liquefeitos).
Seu bom desempenho, no entanto, vem atrelado a um alto preço e montagem complexa. Ultimamente, o preço tem caído consideravelmente, e ele já pode ser usado no lugar de ultrassônicos de longa distância.
e) Magnetostritivo: Medidor de precisão muito alta, usado em transações comerciais, como na indústria de combustíveis. Também é usado na indústria química. 
f) Borbulhador: É usado quando ultrassônico boia e micro-ondas não foram bem-sucedidas. É uma boa escolha para medição em áreas de risco, já que não usa eletricidade. É uma técnica “auto-limpante”.
4.1 Sensores de Nível Tipo Boia Mecânico ou Magnético
 
Nesse tipo de sensor, a boia move de acordo com a superfície da água, indicando assim, o nível. A medição pode ser tanto contínua, gerando um sinal analógico ao variar a resistência da haste que segura o flutuador, por exemplo, quanto discreta, simplesmente detectando um limiar, como em uma caixa d’água como mostra a Figura 1.
Figura 1. Sensor Tipo boia ou mecânico
FONTE: (ICOS.COM).
Sensor de Nível do Tipo Boia Magnético podem funcionar tanto na horizontal quanto na vertical. Na horizontal, atuam de maneira similar como citado acima, mas o fechamento do contato ocorre com a aproximação de um campo magnético. Já um flutuador magnético vertical é comumente colocado no topo do tanque e a boia é instalada sob uma mola, que ao ser tencionado, resulta em um movimento vertical tanto do núcleo quanto da haste, levando o magneto para fora, retirando o contato com a chave. Como a medida é feita diretamente, o material para o flutuador e a haste deve ser escolhido para que aguente a temperatura, composição química e a pressão de trabalho. 
Outro fator importante a ser considerado é a densidade da boia, que deve ser menor que a do líquido para poder flutuar, além disso, a viscosidade do líquido deve ser levada em conta, pois quanto mais viscoso o fluido e dependendo do material escolhido para ser o flutuador, maior será a alteração de sua densidade ao longo do uso. As aplicações do sensor de nível mecânico do tipo bóia estão-nos mais variados setores do mercado: medição de nível da gasolina do veículo, caixa d’água, monitoramento de vazamentos/enchimento, determinação do limiar entre interfaces água/óleo, entre outros.
 4.2 Sensores de nível capacitivo 
Um sensor ou transdutor capacitivo é um condensador que exibe uma variação do valor nominal da capacidade em função de uma grandeza não eléctrica. Uma vez que um condensador consiste basicamente num conjunto de duas placas condutoras separadas por um dielétrico, as variações no valor nominal da capacidade podem ser provocadas por redução da área frente a frente e da separação entre as placas, ou por variação da constante dielétrica do material.
Os sensores capacitivos permitem medir com grande precisão um grande número de grandezas físicas, tais como a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração linear ou angular de um objeto; a humidade, a concentração de gases e o nível de líquidos ou sólidos; a força, o torque, a pressão e a temperatura; mas também detectar a proximidade de objetos, a presença de água e de pessoas, etc.
Hoje em dia existe uma grande variedade de aplicações que utilizam sensores capacitivos, de forma discreta ou integrada. Por exemplo, são bastante comuns os sensores capacitivos de pressão, (caso dos microfones), de aceleração, de fluxo de gases ou líquidos, de humidade, de compostos químicos como o monóxido de carbono, dióxido de carbono azota, de temperatura, de vácuo, de nível de líquidos, de força, de deslocamento, etc., uns detectando as variações na espessura do dielétrico, outros na constante dielétrica. A detecção da variação da capacidade é geralmente efetuada através da medição da carga acumulada, por exemplo, através da aplicação de uma tensão constante, ou então indiretamente através da variação da frequência de oscilação ou da forma de onda à saída de um circuito, do qual o sensor é parte integrante. 
Figura 2. Sensor tipo capacitivo 
FONTE: (MATELBASTOS.COM).
 4.3 Sensores de nível ultrassônicos
Medidores de nível ultrassônicos se utilizam de ondas acústicas de alta frequência, de 20 a 200 KHz, para realizarem a medição do nível do vaso. Esta tecnologia pode ser usada tanto para detecção de nível quanto para medição contínua. Este medidor tem como principais vantagens: é um medidor sem contato, portanto pode ser usado para medir substâncias viscosas (óleos), que geralmente se acumulam em medidores de contato, corrosivas e dejetos; por conter um microprocessador, pode ser um medidor inteligente, com comunicação serial, configuração remota, ajuste de calibração, etc; além disso, é de fácil instalação e manutenção. Para detecção de nível, dois cristais piezoeléctricos são posicionados a uma distância fixa. Um deles é o transmissor, que gera as ondas ultrassônicas, o outro é o receptor. Ondas mecânicas se propagam muito melhor em líquidos do que no ar, portanto, quando há líquido o suficiente entre os cristais, o receptor recebe um sinal forte o suficiente para o acionamento de um relé, gerando o sinal de detecção de nível. 
Com esta técnica, há contato entre o medidor e o líquido, por isso, as substâncias em que ela pode ser utilizada são restritas. 
Figura 3. Sistema de Nível por sensores Ultrassônico 
FONTE: (ZTECHSENSORES.COM	).
No caso de medição contínua, um transdutor é responsável por enviar ondas sonoras para o fundo do vaso e captar seu retorno. Quando há material presente no vaso, este reflete as ondas, e o tempo entre o disparo do pulso de onda e seu retorno é reduzido.
Figura 4. Sensor tipo Ultrassônico
FONTE: (BETAAUTOMAÇÃO.COM).
Os sensores ultrassônicos tem a vantagem de serem instrumentos de pouca manutenção, e sem partes móveis. No geral, são medidores bastante populares pela sua versatilidade e seu baixo custo. No entanto, os sensores de medição contínua são vulneráveis o ambiente com grande quantidade de vapor e/ou espuma, pois estes atenuam a onda, o que pode fazer com que as reflexões não sejam detectadas. No geral, em ambientes com vapor, outro tipo de medidor deverá ser usado, já que a medição com o ultrassônico perderá bastante confiabilidade. Por este motivo, o sensor não deve ser usado com líquidos voláteis, pois a variação da temperatura pode fazercom que seja gerada uma camada de vapor que pode afetar a medição do nível. Outra questão é que a montagem, apesar de simples, deve ter o sensor em um angulo precisamente perpendicular à superfície do material. Desvios na montagem irão acarretar em erros de medição. Este sensor também não é adequado para líquidos que são agitados, por isso, deve-se evitar o uso em tanques com agitadores ou pás.
 4.4 Sensores de nível tipo Micro-ondas
Os sensores do nível do tipo LR funcionam com base na guia de radar por ondas. São adequados para uma monitorização permanente do nível de enchimento em fluidos à base de água, tais como lubrificantes de refrigeração e líquidos de limpeza.
O sensor é montado diretamente no reservatório por meio de conexão de processo ou de flange. Se necessário, a haste do sensor pode ser encurtada pelo utilizador e adaptada ao reservatório.
A regulação de todos os parâmetros assim como a programação dos pontos de comutação e a indicação do nível de enchimento atual ocorrem através de dois botões de programação e de um display alfanumérico de 4 dígitos.
Figura 5. Sensor tipo micro-ondas 
FONTE: (PEPPER-FUCHS.COM.BR)
Princípio de medição
O sistema é baseado na reflexão de um pulso eletromagnético, que é dirigido a uma haste do sensor/cabo e refletido pelo material de enchimento. O sistema eletrônico integrado dentro do sensor determina o estado de enchimento do tempo de eco do pulso, que pode ser visualizado em uma tela. 
O pulso eletromagnético é enviado, refletido no material de enchimento e recebido novamente. O tempo de eco do pulso é proporcional à distância da superfície do meio. O procedimento e a precisão da medição independem da pressão, temperatura, vapor, poeira, espuma, viscosidade, condutividade e PH.
Modo de operação
A medição de nível contínuo para líquidos e sólidos a granel, é baseada na medição do tempo de propagação de pulsos de micro-ondas de acordo com o princípio da reflectómetro no domínio do tempo (TDR), que são guiados ao longo de uma haste ou uma corda. 
Um pulso de alta frequência é guiado ao longo de um único condutor, a haste do sensor é refletida pela superfície do meio. A interface eletrônica determina o nível do material a granel à partir do tempo de propagação do pulso
4.5 Sensores de Nível Magnetostritivo
Baseado no princípio magnetostritivo, esse tipo de sensor consiste em propagar um sinal com velocidade conhecida c através de um fio cronometrando o tempo, e utilizando o efeito Wiedemann, é possível calcular a altura do flutuador. Quando um campo magnético axial é aplicado à um fio magnetostritivo e uma corrente é aplicada a este fio, ocorre uma torção, gerando uma onda mecânica ao longo do fio, este fenômeno é conhecido como o efeito Wiedemann. O sensor de nível magnetostritivo consiste em um flutuador com um campo permanente e um detector na cabeça do medidor Um pulso de corrente é gerado e transmitido ao longo do fio por um intervalo t → 0 a uma velocidade vi . Ao encontrar o campo permanente no flutuador a uma distância d desconhecida, é gerada uma onda mecânica, que percorre os dois extremos do sensor com uma velocidade constante (vs). Podemos notar que vi � vs, pois a corrente em um fio percorre uma velocidade próxima ao da luz. A onda mecânica em direção ao final do medidor rebate e percorre uma distância 2D − d, com isso, temos:
 A corrente percorre uma distância d = D − h até gerar a torsão mecânica
Figura 6. Sensor tipo Magnetostritivo
FONTE: (MAGNETROL.COM.BR).
4.6 Sensores tipo borbulhador
O medidor borbulhador é um dos instrumentos de medição de nível em tanques abertos ou fechados. São várias as razões que justificam a medição do nível em unidades industriais.
Inventário de materiais fluidos. É exemplo o caso das petroquímicas em que o nível dos tanques dos diversos produtos indica ou regista as quantidades em armazém, permite efetuar com rigor balanço dos materiais e eventualmente detectar qualquer fuga. 
Transferência de propriedade. Com a medida do nível dos reservatórios é possível contabilizar transações de determinados produtos para efetuar a faturação.
 Gestão de stocks. Pode ser efetuada ou complementada com medições de nível, que está associada ao volume ou ao peso dos produtos. 
 Gestão da produção. Em muitos casos, em unidades industriais complexas, há tanques intermédios que servem de volante à produção, permitindo paragens de parte da instalação sem que a continuidade da produção seja afetada.
 Medição de quantidades. As quantidades de produtos a adicionar são muitas vezes contabilizadas através de medidas de volume que têm como base as indicações de nível. 
 Segurança das instalações. Em tanques incluídos em linhas de produção não se deve deixar o nível do produto ultrapassar determinado valor máximo, para que não haja transbordo, nem um valor mínimo pré-fixado, para que as bombas não aspirem ar ou gás em vez de líquido. 
O transbordo dos tanques pode originar acidentes com danos pessoais ou materiais, em particular no caso de líquidos corrosivos ou tóxicos.
Figura 7. Sensor de Nível tipo Borbulhador. 
FONTE: (CLEAR.COM.BR).
5 O PROTÓTIPO DESENVOLVIDO
Para o desenvolvimento do projeto, representado pela maquete de 
5.1 Descrições dos componentes
02 – transistores bc548 npn
02 - resistores de 27 k (vermelho, roxo, laranja e ourado).
02 – resistores de 470 r (vermelho, roxo, marrom e dourado).
02 – Led de 5 mm ( amarelo )
01 – metro de fios vermelho e preto 0,75 mm
02 – baterias de 9 v
02 – Mini bombas submersas hj-111, 220 v, com uma vazão de 220l/h.
Para a construção dos sensores
É claro foram usadas ferramentas e acessórios, tais como ferro de solda, estanho, alicate de bico longo e alicate de corte diagonal.
Funcionamento dos sensores
Os terminais a e b devem ficar testando a existência de água ou não, a água será quem feche o contato entre a e b. 
O transistor atua como um switch (aberto ou fechado). 
Quando a e b detectam a presença de água, eles entram em curto circuito, criando um caminho de baixa impedância injetando uma tensão positiva na base do transistor, desta forma o transistor entra em saturação e passa a conduzir corrente ligando o led. 
 Quando os terminais a e b não detectam a presença de água eles estão em circuito aberto, portanto, uma tensão negativa é injetada na base do transistor através do resistor de 27 kω, colocando-o em corte e assim desligando o led. 
Para a sucção da água
O que é o Arduino
 É uma plataforma de desenvolvimento de hardware, micro controlado de código aberto.
Em termos práticos o Arduino é um pequeno computador em que é possível se interagir com o ambiente.
	
Princípio de Funcionamento
Figura 8. Principio de funcionamento 
FONTE: (FEG.UNESP.BR)
	Entrada de Dados
Figura 9. Entrada de dados
FONTE: (FEG.UNESP.BR)
Geração de novos dados
Figura 10. Geração de novos dados
FONTE: (FEG.UNESP.BR)
Estrutura do Hardware
Figura 11. Estrutura do Hardware
FONTE: (FEG..UNESP.BR)
 A IDE
�
Verifica o programa
Grava o programa
Novo programa	
�
Abre programa
Salva programa
Monitor Serial
 Figura: 12 - Tela principal Programa Arduino Uno
 FONTE: (FEG.UNESP.BR)
 Principais recursos da IDE
A IDE do Arduino contam com diverso programa de exemplos em que se é utilizado os mais diversos dispositivos externos. (Ex: Teclados, sensores, display, etc.). 
Ela também conta com um aplicativo em que é possível se interagir com a placa através da usb do computador.
Linguagem de programação
Nessa plataforma é utilizada como referência a linguagem C++.
Com isso temos as referênciasde linguagem que são: estruturas, valores, funções.
Estruturas
Estruturas de controle (if, else, break ...).
Sintaxe básica (define, include...).
Operadores aritméticos e de comparação(+, -, *, /, >>,<<...).
Operadores Booleanos (||, &&, !...).
Operadores aritméticos (++,--...).
Valores
Tipos de dados (byte, int, char, float...).
Conversões (char(), byte(), int()...).
Funções
As funções são ferramentas com o intuito de direcionar e exemplificar as funcionalidades do micro controlador. E já existem diversas funções prontas em bibliotecas que veem junto com o programa.
Exemplo de funções
Digital: pinmode(), digitalwrite(), digitalread().
 Analógico: analogReference(), analogwrite().
Tempo: millis(), micros(), delay().
Matemáticas: min(), max(), abs(), pow().
Números aleatórios: randomSeed(), random().
Interrupções: interrupts(), nointerrupts().
Algumas considerações
 O programa possuiu duas funções indispensáveis, são elas:
void setup(){} – Que é responsável por configurar o hardware do arduino inicialmente.
void loop(){} – Função principal, responsável por rodar o programa repetidamente.
Figura 8. Placa Arduino. 
FONTE: (TECHTUDO.COM.BR).
A fonte de alimentação recebe energia externa por uma tensão de, no mínimo, 7 volts e máximo de 35 volts com corrente mínima de 300mA. A placa e demais circuitos funcionam com tensões entre 5 e 3,3 volts. Embutido no Arduino há ainda um firmware – que combina memória ROM para leitura e um programa gravado neste tipo de memória – carregado na memória da placa controladora, que aceita Windows, Linux e Mac OS X.
Em termos de software, o Arduino pode ter funcionalidades desenvolvidas por meio da linguagem C/C++, que utiliza uma interface gráfica escrita em Java. As funções do Arduino permitem o desenvolvimento de software que possa ser executado pelo dispositivo.
Resistores
Resistores são componentes que têm por finalidade oferecer uma oposição à passagem de corrente elétrica, através de seu material. A essa oposição damos o nome de resistência elétrica ou impedância, que possui como unidade o ohm. Causam uma queda de tensão em alguma parte de um circuito elétrico, porém jamais causam quedas de corrente elétrica, apesar de limitar a corrente. Isso significa que a corrente elétrica que entra em um terminal do resistor será exatamente a mesma que sai pelo outro terminal, porém há uma queda de tensão. 
Utilizando-se disso, é possível usar os resistores para controlar a corrente elétrica sobre os componentes desejados.
Figura .Resistor
FONTE: (SOFISICA.COM.BR)
 Placa de ensaio (protoboard)	
Uma placa de ensaio ou matriz de contato, (ou protoboard, ou breadboard em inglês) é uma placa com furos (ou orifícios) e conexões condutoras para montagem de circuitos elétricos experimentais. A grande vantagem da placa de ensaio na montagem de circuitos eletrônicos é a facilidade de inserção de componentes, uma vez que não necessita soldagem. As placas variam de 800 furos até 6000 furos, tendo conexões verticais e horizontais. Porém, a sua grande desvantagem é o seu “mau-contato”, e muitas vezes a pessoas preferem montar os seus circuitos com muitos fios a usar a protoboard.
Figura . Placa de ensaio (Protoboard)
FONTE: (ELETRODEX.COM.BR)
Os contatos metálicos estão em diferentes sentidos na matriz. Como você pode observar na figura acima, a placa de montagem possui a matriz principal em seu meio e duas linhas superiores e duas inferiores em cada matriz (alguns possuem apenas uma linha). Nestes últimos, os contatos estão na horizontal, enquanto na matriz principal eles estão na vertical. Em outras palavras, as linhas isoladas se conectam com os furos de baixo e as linhas agrupadas se conectam com os furos do lado. A placa de ensaio é bastante usada em escolas de ensino técnico, para os alunos terem seus primeiros contatos com a eletrônica visto que não precisa de soldagem de componentes.
Transistor
O transístor bipolar é o transístor mais importante do ponto de vista histórico e o de utilização mais corrente. No entanto, convém referir os transístores de efeito de campo (FET, “Field Effect Transistor”), nomeadamente, os transístores FET de junção unipolar, os transístores MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”), e os CMOS (“complementary MOSFET”), os quais são muito usados na electrónica integrada de alta densidade.
O material semicondutor mais usado no fabrico de transístores é o silício. Contudo, o primeiro transístor foi fabricado em germânio. O silício é preferível porque possibilita o funcionamento a temperaturas mais elevadas (175 ºC, quando comparado com o 75ºC dos transístores de germânio) e também porque apresenta correntes de fuga menores. O transístor bipolar é formado por duas junções p-n em série, podendo apresentar as configurações p-n-p e n-p-n. Os transístores n-p-n são os mais comuns, basicamente porque a mobilidade dos eletros é muito superior à das lacunas, isto é, os eletros movem-se mais facilmente ao longo da estrutura cristalina o que traz vantagens significativas no processamento de sinais de alta frequência. E são mais adequados à produção em massa. No entanto, deve-se referir que, em várias situações, é muito útil ter os dois tipos de transístores num circuito.
Figura . Transistor
FONTE: (ELECTRONICA-PT.COM)
O transístor de junção bipolar é um dos componentes mais importantes na Electrónica. É um dispositivo com três terminais. Num elemento com três terminais é possível usar a tensão entre dois dos terminais para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal, i.e., obter uma fonte controlável. O transístor permite a amplificação e comutação de sinais, tendo substituído as válvulas termiônicas na maior parte das aplicações. A figura da página seguinte mostra, de forma esquemática, um transístor bipolar p-n-p. Este transístor é formado por duas junções p-n que partilham a região do tipo n (muito fina e não representada à escala). Neste aspecto, o dispositivo corresponde à sanduíche de um material do tipo n, entre duas regiões do tipo p. Existe também a estrutura complementar (npn). Dependendo da polarização de cada junções (direta ou inversa), o transístor pode operar no modo ativo/linear, estar em corte ou em saturação. Verifique e simule a polarização e funcionamento de um transístor bipolar. Um transístor bipolar (com polaridade NPN ou PNP) é constituído por duas junções PN (junção base-emissor e junção base-coletor) de material semicondutor (silício ou germânio) e por três terminais designados por Emissor (E), Base (B) e Coletor (C).
6 CONCLUSÕES
Os sensores de níveis possuem uma grande gama de aplicações, porém suas grandes contribuições estão no setor industrial, como controle de vazão, controle de bombas de combustível, por exemplo. Pudemos analisar os diversos tipos de sensores, especificando caso-a-caso suas vantagens e desvantagens e os princípios de seu funcionamento. No entanto, como muitos desses medidores são vendidos como produtos que integram sensor e circuitos condicionadores, não havendo a necessidade de nenhum pós-processamento, como filtro e amplificação do sinal, não foi possível fazer a análise dos condicionadores mais usados. Muitos desses sensores possuem uma central de processamento, como no caso dos medidores ultrassônicos e magnetostritivo. Também vale ressaltar que, como os circuitos já vem condicionados, possuem um baixo drift, ampla faixa de operação e uma boa acurácia.
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABINEE, Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica. A automação gera desemprego? n.11. São Paulo: 2000.
BETA AUTOMAÇÃO, Sensor de Nível Ultrassônico. 2009. Disponível em: www.betaautomação.com Acesso em 27 de setembro de 2015.
CLEAR, Sensor de Nível tipo Borbulhador, 2008. Disponível em: www.clear.com.br 
Acesso em 27 de setembro de 2015.
ELETRODEX. Placa Arduino, 2008.Disponível em: www.eletrodex.com.br. Acesso em 25 de outubro de 2015.
ICOS, Sensor de Nível Boia ou Mecânico. 2012. Disponível em: www.icos.com. Acesso em 27 de setembro de 2015.
MAGNETROL, Sensor de Nível Magnestrotivo. 2015. Disponível em: http://www.magnetrol.com.br/public/downloads/BZ46-648. 7%20jupiter. pdf. Acesso em 27 de setembro de 2015.
METAL BASTOS, Sensor de Nível Capacitivo. 2011. Disponível em www.matelbastos.com. Acesso em 27 de setembro de 2015. 
PEPPER-FUCHS, Sensor de Nível tipo Micro-ondas.2006, Disponível em: www.pepper-fuchs.com.br Acesso em 27 de setembro de 2015.
SABER ELETRONICA, São Paulo: Editora Saber, Outubro de 2006.
SOFISICA, Resistores. 2012. Disponível em www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/.../resistores.php Acesso em 25 de outubro de 2015.
TECHTUDO, Placa Arduino Uno, 2013. Disponível em: www.techtudo.com.br Acesso em 25 de outubro de 2015.
THOMAZINI, Daniel. ALBURQUERQUE, Pedro U. B Sensores Industriais – Fundamentos e Aplicações. 5° ed. São Paulo: Érica, 2005.
UNESP, Funcionamento placa Arduino. 2009. Disponível em: http://www2.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/apresentacao-arduino.pdf. Acesso em 25 de outubro de 2015.
VDO. Sensores de Nível, [S.l.], 2013. Disponível em: http://www.vdo.com.br/generator/www/br/pt/vdo/main/products_solutions/aftermarket/injecao_eletronica/ hidden/tab_aft_inj_sensor_nivel_index_pt.html>. Acesso em: 20 de setembro de 2015. 
http://www.electronica-pt.com/componentes-eletronicos/transistor-tipos