Nivel

Prévia do material em texto

1 - O que é uma chave de nível? Qual a diferença da mesma em relação a um transmissor de 
nível? 
 
As chaves de nível são responsáveis pela medição de nível nos mais diversos tipos de 
líquidos. Neste equipamento a medição é feita tendo como saída pontos específicos de nível 
de um elemento, como nível baixo, médio, alto entre outros. Diferenciam-se dos transmissores 
de nível por apresentar respostas de pontos do nível, e não um acompanhamento contínuo de 
sua variação. 
 
2 – Apresente a características de medição, vantagens e desvantagens das seguintes chaves 
de nível: 
a) Flutuadores 
b) Chaves Rotativas 
c) Chave condutiva 
d) Vibração 
 
a) A detecção de nível de líquidos neste tipo de equipamento é feita através do 
movimento de uma alavanca mecânica ou um eixo deslizante que ativa uma chave 
com um contato normalmente fechado ou aberto, que pode ser mecânico ou 
contendo um rede switch. Este método de como vantagem a simplicidade, capacidade 
de medição de diferentes produtos e confiabilidade, e desvantagem de ser um 
elemento mecânico passível de manutenção. 
 
b) Nesta chave o nível é detectado pela mudança na inércia de uma pá rotativa quando 
entra em contato com um produto. Um exemplo de aplicação é para medição de nível 
em um silo com a pá sendo movimentada por um pequeno motor síncrono acoplado a 
um conjunto de engrenagens. Quando a pá encontra resistência ao entrar em contato 
com o produto, microchaves posicionadas para detectar este movimento serão 
comutadas. Quando a resistência ao giro não for mais oferecida, estas chaves 
retornam a sua posição original com um contato partindo novamente o motor. A 
chave com pás rotativas é geralmente montada na posição horizontal em um silo em 
um determinado ponto, sendo a pá colocada no interior do silo e os terminais de 
contato na parte externa do silo. 
 
 
c) Este tipo de chave tem seu princípio de funcionamento baseado na condutividade do 
líquido, sendo constituído de hastes que serão energizadas com tensão alternada em 
baixos níveis, com determinado comprimento que determina o nível exato em que 
cada chave atuará. A desvantagem deste tipo de chave é que pode ser empregada 
somente em líquidos condutivos, e também a contaminação dos eletrodos com 
produto impedindo a continuidade do circuito. Tem como vantagem possuir um 
método simples, de baixo custo, sem partes móveis e pode ser empregado para um ou 
mais pontos de operação. 
 
d) Esta chave de nível consiste de um garfo simétrico com duas extremidades. Existe uma 
fina membrana na base do garfo que faz parte do processo de conexão a uma 
extensão em aço inoxidável que entra em contato com o processo. O garfo de vibração 
é excitado por uma frequência de ressonância através da membrana por um cristal. 
Tem como vantagens: não possui partes móveis, insensível a borbulhamento, 
turbulência ou partículas em suspensão, pode ser montada em qualquer posição, não 
requer calibração e pode ser empregada em produtos com alta viscosidade. Tem como 
desvantagem o contato com o produto, assim o produto do processo pode ficar 
agregado, causando falsa medição. 
 
3 – Descreva com o auxílio de figuras como é feita a medição de nível por borbulhamento. 
Em que condições este tipo de medição é recomendada? 
A operação de um sistema de borbulhamento é similar ao sopramento de ar com um 
canudo. Quando mais água no reservatório maior o esforço de sopramento. Assim, se a 
pressão do ar que entra na tubulação é maior que o nível da coluna de água do fluido de 
processo no tanque, o ar irá borbulhar. O ar passa através de um tubo de restrição 
parcialmente imerso em um líquido. A parte mais baixa do tubo está a uma distância fixa do 
fundo do tanque, como mostra o desenho abaixo: 
 
(foto) 
 
A pressão da água deve ser grande o suficiente para vencer a pressão hidrostática no tubo e o 
excesso de pressão aparece como pequena as bolhas saindo no fundo do tubo. Assim, a 
pressão diferencial lida pelo instrumento é a medida do nível do líquido. Desta forma, quando 
o nível do líquido aumenta ou diminui, a pressão interna do tubo aumenta ou diminui 
respectivamente acompanhando o nível. Esta variação de pressão é captada pelo transmissor 
de pressão. 
Este tipo de medidor é aplicado em condições em que: a temperatura do processo excede o 
limite de temperatura dos transmissores; o fluido do processo pode cristalizar nas linhas de 
transmissão; o fluido do processo é agressivo, corrosivo e não pode entrar em contato direto 
com o transmissor. 
 
4 – Considerando a figura 4.10 calcule o span de um transmissor de pressão por 
borbulhamento com A = 3m, B =0,6 e GL=0,9. (Ver A e B na foto) 
 
Span = A * GL= 3 * 0,9 = 2,7 mH2O 
 
LRV = B *GL = 0,6 * 0,9 = 0,54 mH2O 
 
URV = (A + B) * GL = 3,24 mH2O 
Faixa de atuação = 0,54 a 2,7 mH2O 
 
5 – Quais as vantagens e desvantagens de se utilizar um medidor de nível por 
borbulhamento? 
 
Vantagens: fácil de instalar e calibrar; não é afetado por espuma na superfície; não é 
obstruído facilmente por água suja; a parte eletrônica do sensor fica afastada do fluido a ser 
medido, somente os tubos ficam em contato com a água. 
 
Desvantagens: necessita de um fornecimento constante de ar com seu respectivo 
sistema de tratamento; o ar utilizado deve ser o ar de instrumentos, seco e isento de óleo, ou 
qualquer gás inerte. O líquido não deve conter sólidos em suspensão e sua densidade deve 
manter sempre constante. 
 
6 – Descreva o principio de medição de uma sonda capacitiva com o auxilio de figuras. 
 
Um capacitor é constituído de dois condutores separados por um isolante, chamado 
de dielétrico. Uma variação nas características do material entre as placas irá causar uma 
mudança na constante dielétrica. O fluido entre as duas placas é o dielétrico que irá formar o 
capacitor. À medida que o nível de líquido no tanque aumenta, o espaço que antes era 
preenchido com ar dá lugar ao líquido que possui uma maior constante dielétrica. Sendo a 
variação de capacitância proporcional à variação da constante dielétrica, e um instrumento 
eletrônico será calibrado para relacionar esta variação de capacitância com a variação do nível, 
como é mostrado no desenho abaixo. 
 
(foto) 
 
7 – Que tipo de sonda deve ser empregada em um fluido condutivo? 
 
São empregados capacitores do tipo cilíndrico. Para um fluido não condutivo duas 
placas de metal sem isolação na forma de cilindros concêntricos são imersas em uma 
substância. 
 
8 – Apresente as vantagens e desvantagens da medição com uma sonda capacitiva. 
 
Vantagens: facilidade de instalação e possui larga faixa de aplicações. 
Desvantagens: Sistema de medição em contato com o processo; acúmulo de produto 
no sensor causando falsa medição; sensível a variações na constante dielétrica e 
condutividade. 
 
9 – Como pode ser feita medição de nível por pesagem? Quais suas limitações? 
 
É um método de medição indireta de nível que pode ser empregado para medição de 
líquidos e sólidos. São empregadas células de carga para medir o nível de peso no tanque, 
como mostrado no desenho abaixo: 
 
 (foto) 
 
Limitações: Custo elevado; o material do tanque deve ter densidade constante; 
necessita de uma quantidade de equipamentos mecânicos para sua instalação; a ocorrência de 
ventos pode ocasionar medições incorretas. 
 
10 – Apresente o principio de medição de nível por pressão diferencial e descreva as 
configurações e equações para: 
a) Tanque aberto 
b) Tanque aberto com supressão de Zero 
c) Tanques Fechados e Pressurizados 
d) Tanque fechado com fluido corrosivo 
 
A pressão diferencial pode ser obtida pela detecção de duas pressões separadamente e 
pela diferença das mesmas obter o nível do líquido. O nível de líquido pode ser medido 
indiretamente pela medição da pressão diferencial causada pelo peso da coluna defluido em 
vaso comunicante em relação a uma dada referência. 
 
a) Neste diagrama a pressão medida é igual à pressão da coluna de líquido acrescida da 
pressão na superfície. Como o tanque é aberto, a pressão na superfície é igual à 
pressão atmosférica. Caso a pressão na superfície do líquido seja maior ou menor que 
a atmosférica é necessário o uso de um transmissor de pressão diferencial. O 
transmissor de pressão deve ser submetido à pressão do nível de líquido que deseja 
medir, Assim, é normalmente montado perto do fundo do tanque. 
 
P0% = Lmin * d P100% = Lmáx * d 
 
b) Neste caso, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro da tomada 
de impulso que deve ser levada em consideração na configuração do transmissor, para 
que ele indique um nível superior ao real. Para permitir a manutenção e acesso ao 
instrumento, geralmente o transmissor é instalado abaixo do tanque. 
 
P0% = (Lmin + s) * d P100% = (Lmáx * d) + (s * d) 
 
c) Neste tipo de tanque a tubulação de impulso da parte de baixo do tanque deve ser 
conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na 
câmara de alta pressão é a soma da pressão exercida sob a superfície do líquido e a 
pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. Já a câmara de baixa 
pressão do transmissor de nível é conectada na tubulação de impulso da parte de cima 
do tanque para medir somente a pressão exercida sob a superfície do líquido. 
 
P0% = (Lmin * d) – (Lmáx * d) P100% = (Lmáx * d) – (Lmáx * d) = 0 mmH20 
 
 
 
d) Em aplicações em que o fluido do processo possui alta viscosidade ou pode se 
condensar nas tubulações de impulso ou for corrosivo, utiliza-se um sistema de 
selagem nas tubulações de impulso das câmaras de baixa ou alta pressão do 
transmissor de nível. Um sistema de selagem consiste de um transmissor de pressão 
conectado a um capilar preenchido com um fluido de enchimento. Durante a operação 
o fluido de enchimento separa o sensor de pressão do processo. O tubo capilar liga o 
diafragma ao transmissor. Quando é aplicada pressão do processo o diafragma é 
deslocado, transferindo a pressão medida através do fluido para o transmissor. Esta 
pressão transferida desloca o diafragma de detecção no sensor de pressão do 
transmissor. 
 
P0% = (Lmin * d) – (h * ds) P100% = (Lmáx * d) – (Lmáx * ds) 
 
PASSAR SEMPRE PARA MILÍMETROS 
 
12) Como é feita a medição de interface? Com auxilio de figuras e equações descreva este 
tipo de medição. 
 
A medição da interface entre 2 líquidos imiscíveis é baseada na diferença de alguma 
propriedade dos 2 líquidos, como a densidade, por exemplo. Pode ser melhor explicado com o 
auxílio do desenho e das equações a seguir: 
(fotos) 
 
14) Como é feita medição de nível em tanques com geometrias não lineares? 
 
Nesse tipo de tanque uma curva característica pode ser empregada para representar a 
relação entre nível e volume. O transmissor pode oferecer curvas para diferentes tipos de 
tanque. A saída do sensor pode ser linearizada empregando curvas e pontos em uma tabela 
por medições no processo. Assim, os transmissores de nível são capazes de converter 
medições de nível de formato esférico ou um outro tipo para percentuais de volume. 
 
 
15) O que é ultrassom? Como pode ser empregado para medição de nível? 
 
Para utilizar essa técnica existe um sensor que envia ondas sonoras na direção do 
nível. Ele mede o tempo que as mesmas levam para percorrer este espaço. Sabendo a 
velocidade do som, o tempo de trânsito destas ondas é medido e a distância é calculada. As 
ondas conhecidas como ultrassom estão contidas em frequências acima de 20 kHz. 
 
16) Quais fatores devem ser levados em consideração em uma medição de nível por 
ultrassom? 
 
Para a análise do sinal do ultrassom é importante arelação entre a frequência da onda 
(f), o comprimento de onda (λ) e a velocidade de propagação da onda (v), dada pela equação: 
v=λ*f 
 
17) Com relação às características de instalação de que forma os medidores de ultrassom 
podem ser instalados? 
 
O instrumento mede o tempo requerido para um pulso ultrassônico viajar a superfície 
do processo e retornar. A fonte que gera esse sinal é um oscilador e o receptor é um disco de 
metal com diafragma para detectar as variações de sinal. O transdutor pode ser montado 
acima ou abaixo do nível do líquido. O transmissor e o receptor podem ser colocados 
separadamente acima do nível do líquido. O transdutor e o receptor podem ser colocados em 
um mesmo equipamento, também acima do nível do líquido. O transmissor pode ser colocado 
no fundo do tanque. E a outra opção é onde o transmissor é colocado fora do tanque. 
 
 
18) Quais critérios devem ser levados em consideração para instalação de um transmissor de 
nível por ultrassom? 
 
Distância de medição, pois é necessário que o medidor empregado possa ter com 
alcance o tamanho do tanque a ser medido o nível. 
 
Composição e propriedades da superfície do produto, já neste tipo de medição 
somente uma pequena parte do sinal será refletido a partir da superfície do produto. Em uma 
superfície turbulenta ou com bolhas, uma considerável parte do sinal não será refletida para o 
transdutor ou absorvida. 
 
Variações na temperatura, pois ela irá afetar a velocidade do som; 
 
Composição do gás, pois a velocidade de propagação das ondas sonoras varia no ar. 
 
19) Uma unidade empregada para é medição do nível é o decibel. Apresente sua definição. 
 
Bel é definido como o logaritmo da relação entre 2 sinais que podem ser de tensão, 
potência, corrente e outros, que expressam ganho ou perda. Como na maioria das aplicações o 
bel é uma unidade muito grande, é muito utilizado o decibel: 
 
Bel = log(Q/Qref) 
 
Decibel = 10^-1 * log(Q/Qref) 
 
 
20) Quais são as vantagens e desvantagens da medição de temperatura por ultrassom? 
 
Vantagens: não possui partes móveis; sem contato; a medição não é afetada por 
mudanças na pressão, composição ou densidade; 
 
Desvantagens: Não é recomendado para altas pressões e temperaturas; sensível à 
espuma, bolhas e turbulências. 
 
21) Descreva o principio de funcionamento de um medidor de nível por radar. 
 
Os transmissores de nível por radar empregam ondas eletromagnéticas para fazer uma 
medição contínua do nível de líquidos e sólidos. A potência requerida para este tipo de 
aplicação é baixa. Assim, não é necessário cuidado especial para evitar danos a saúde dos 
operadores, assim como contaminação dos produtos a serem medidos. 
 
22) Quando deve ser empregado o radar por onda guiada para a medição de nível? Qual o 
seu principio de funcionamento? Descreva os aspectos que devem ser levados em 
consideração para a seleção deste sensor. 
 
Deve ser utilizado quando é necessária alta precisão na medição. Estes sensores 
empregam a reflectometria no domínio do tempo (TDR). Sendo que seu princípio de 
funcionamento vem diretamente de uma técnica que caracteriza as propriedades elétricas 
distribuídas em linhas de transmissão. O TDR lança um sinal de baixa amplitude e alta 
frequência pulsado em uma linha de transmissão no guia de onda e analisa sequencialmente a 
amplitude do sinal refletido. 
Devem ser levadas em consideração as constantes dielétricas das diferentes 
substâncias. 
 
23) Apresente os fatores que devem ser levados em consideração para a seleção de um 
instrumento para a medição de nível. 
 
 - Densidade e viscosidade 
 - Composição química 
 - Agitação no processo 
 - Acumulo de materiais 
 - Vapores e poeiras