Controle de processos industriais Apostila sobre Medio de Nvel Cristiane Maia Controle de processos industriais Nvel Definio Nvel a altura do contedo de um reservatrio que pode ser slido ou lquido. Trata-se deumadasprincipaisvariveisutilizadasemcontroledeprocessoscontnuos,pois atravs de sua medio torna-se possvel: a)Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamento. b)Balano de materiais de processos contnuos onde existam volumes lquidos ou slidos de acumulao temporria, reaes, mistura, etc. c)Seguranaecontroledealgunsprocessosondeonveldoprodutonopode ultrapassar determinados limites. Mtodos de Medio de Nvel de Lquido Os trs tipos bsicos de medio de nvel so: a) direto b) indireto c) descontnuo Medio Direta amedioquetomamoscomorefernciaaposiodoplanosuperiordasubstncia medida. Neste tipo de medio podemos utilizar rguas ou gabaritos, visores de nvel, bia ou flutuador. Controle de processos industriais Rgua ou Gabarito Consisteemumarguagraduadaaqualtemumcomprimentoconvenienteparaser introduzida dentro do reservatrio a ser medido. Adeterminaodonvelseefetuaratravsdaleituradiretadocomprimentomolhado na rgua pelo lquido. Visores de Nvel Usa-se o princpio dos vasos comunicantes, o nvel observado por um visor de vidroespecial,podendohaverumaescalagraduadaacompanhando o visor. Esta medio realizada em tanques abertos e tanques fechados. Visor de Nvel Tubular Normalmentesoconstitudosporumtubodevidroreto,comaespessuradas paredes adequadas a cada aplicao, conectados a blocos metlicos. O comprimento e dimetro do tubo dependem das condies a que o visor estar submetido. Controle de processos industriais Paraprotegerotubodevidrodeeventuaischoquesmecnicos,somontadas no visor, hastes protetoras metlicas em torno do tubo de vidro ou tubos e chapas plsticas envolvendo o tubo de vidro. Recomendaes quanto aplicao: Utilizao em processos que no apresentem presses superiores a 2 bar e em temperaturas abaixo de 100C; No utilizar em lquidos txicos, inflamveis ou corrosivos; O comprimento do tubo no deve exceder os 750mm. Para faixas de medies maiores, comum a utilizao de dois ou mais visores sobrepostos. Visor de Vidro Plano Osvisoresdenveldevidroplanosocompostosporumouvriosmdulos ondesofixadasbarrasplanasdevidro,conhecidascomoseesdosvisores. Cadaseoapresentaumaalturavariandode100a350mm.Podemser compostospor,nomximo,quatrosees.Casosejanecessrio,podemser instaladas vrias sees sobrepostas. Ovidrodeborossilicatotemperadocapazdesuportarchoquestrmicose mecnicos. Asjuntasdevedaosoempapelohidrulicoeasjuntasalmofadadasde amianto grafitado. Os visores de vidro plano esto divididos em dois tipos: visor plano reflex e visor plano transparente. Visor de Vidro Plano Transparente Estetipodevisorutilizadoisvidrosmontadosumnaparteposterioreoutrona parte anterior do visor. Os dois vidros permitem a transparncia do visor luz. Controle de processos industriais Para melhorar a visibilidade, normalmente so instaladas lmpadas iluminadoras na parte posterior do visor. Este tipo de visor utilizado em aplicaes com: Fludos coloridos, viscosos ou corrosivos ao vidro. Interface entre dois lquidos Alta presso e alta temperatura Visor de Vidro Plano Reflex Este tipo de visor possui um vidro com rachuras prismticas na face que fica em contatocomolquidoquesedesejamedir.Seufuncionamentobaseadonalei tica da reflexo total da luz. A superfcie interna do vidro composta de prismas normaisnosentidolongitudinaldovisor.Osraiosdeluznormaisfacedovisor atingem a superfcie do prisma com um ngulo de 45, sofrendo reflexo total, pois ongulocrticoultrapassado(paraasuperfcievidro-arongulocrticode 42). 1-Parafuso prisioneiro em U 2-Corpo 3-Junta de vedao 4 - Vidro 5 Junta almofadada Controle de processos industriais 6 Espelho 7 - Porca Nestacondio,ovisorapresentaumacorpratabrilhante.Naregiodovisor ondeexistirlquido,noocorrerareflexototal,poisongulocrticono ultrapassado(paraasuperfcievidro-guade62).Destaforma,ovisor apresentar uma cor escura.Osvisoresdenvelplanoreflexnodevemserutilizadosnasseguintes aplicaes: Fludos corrosivos ao vidro Fludos viscosos Iluminao insuficiente no local de instalao Deteco da interface de dois lquidos no miscveis Visor de Nvel Blindado ( Magntico) compostoporumtubodemetalnomagntico,nointeriordoqual,existeumim presoaumabia,queacionapalhetasindicadorascomumadasfacespintadanacor vermelha e a outra face, pintada na cor branca. Numa das extremidades destas palhetas magnetizada.Quandoabiasobeoudesce,acompanhandoonvel,aaodoim muda a posio das palhetas. Este tipo de visor muito utilizado para indicao de nvel em fludos: Perigosos ou txicos Onde o eventual rompimento do vidro no tolerado. A alta presso e alta temperatura. Este medidor usa o princpio dos vasos comunicantes, o nvel observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhando o visor. Controle de processos industriais TANQUEABERTOTANQUEFECHADO Bia ou Flutuador Consiste numa bia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso est fixo um ponteiro que indicar diretamente o nvel em uma escala. Esta medio normalmente encontrada em tanques abertos. Esta medio feita em tanques abertos e tanques fechados. Medio de Nvel Indireta Nestetipodemedioonvelmedidoindiretamenteemfunodegrandezasfsicas como: presso, empuxo, radiao e propriedades eltricas. Controle de processos industriais Medio de Nvel por Presso Hidrosttica (presso diferencial) Nestetipodemediousamosapressoexercidapelaalturadacolunalquida,para medirmos indiretamente o nvel, como mostra abaixo o Teorema de Stevin: 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. Essa tcnica permite que a medio seja feita independente do formato do tanque seja ele aberto ou pressurizado. Medio por Presso Diferencial em Tanques Pressurizados. Neste tipo de medio, 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. A cmara de baixa presso do transmissor de nvel conectadanatubulaodeimpulsodapartedecimadotanqueondemedesomentea presso exercida sob a superfcie do lqido. Controle de processos industriais Medio de Nvel com Borbulhador Comosistemadeborbulhadorpodemosdetectaronveldelquidosviscosos, corrosivos, bem como de quaisquer lquidos distncia. Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gs e uma presso ligeiramente superiormximapressohidrostticaexercidapelolquido.Estevalornormalmente ajustamosparaaproximadamente10%amaisqueapressohidrosttica.Osistema borbulhadorenglobaumavlvulaagulha,umrecipientecomlquidonaqualoarougs passar pelo mesmo e um indicador de presso. Ajustamos a vazo de ar ou gs at que seobserveaformaodebolhasempequenasquantidades.Umtubolevarestavazo dearougsatofundodovasoaqualqueremosmedironvel,teremosentoum borbulhamento bem sensvel de ar ou gs no lquido o qual queremos medir o nvel. Natubulaopelaqualfluiroarougs,instalamosumindicadordepressoque indicar um valor equivalente a presso devido ao peso da coluna lquida. A presso do ar ou gs ( purga ) deve ser em torno de 10% do valor da presso do peso da coluna lquida quando o nvel do reservatrio estiver em 100%. Nota-se que teremos condies de instalar o medidor a distncia. Controle de processos industriais Medio de Nvel por Empuxo Baseia-senoprincpio de Arquimedes:Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a aodeumafora vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do fludo deslocado.. Aestaforaexercidapelofludodocorponelesubmersoouflutuantechamamosde empuxo. E = V. Onde: E= empuxo V= volume deslocado = peso especfico do lquido BaseadonoprincpiodeArquimedesusa-seumdeslocador(displacer)quesofreo empuxo do nvel de um lquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. Omedidordeveterumdispositivodeajusteparadensidadedolquidocujonvel estamos medindo, pois o empuxo varia com a densidade. Medio de Nvel por Interface Um dos tipos o medidor eletrnico de interface utilizado na rea ambiental.Consta de uma carretel com uma fita milimetrada e 2 condutores em ao inox. Amediobaseia-senamediodacondutividadeutilizandoumemissorecoletor infravermelho.Abaixacondutividadedeflagraumsinalsonorocontnuoealta condutividade, intermitente. Controle de processos industriais Medio de Nvel por Radiao Osmedidoresqueutilizamradiaesnuclearessedistinguempelofatodeserem completamente isentos do contato com os produtos que esto sendo medidos. Alm disso, dispensandosondasououtrastcnicasquemantmcontatocomslidosoulquidos tornando-sepossvel,emqualquermomento,realizaramanutenodessesmedidores, sem a interferncia ou mesmo a paralisao do processo. Dessaformaosmedidoresqueutilizamradiaespodemserusadosparaindicaoe controledemateriaisdemanuseioextremamentedifcilecorrosivos,abrasivos,muito quentes, sob presses elevadas ou de alta viscosidade. Osistemademedioporraiosgamasconsisteemumaemissoderaiosgamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado do tanque teremos uma cmara deionizaoquetransformaaradiaoGamarecebidaemumsinaleltricodecorrente contnua. Como a transmisso dos raios inversamente proporcional a altura do lquido do tanque,aradiaocaptadapelo receptor inversamente proporcional ao nvel do lquido do tanque, j que o material bloquearia parte da energia emitida. Controle de processos industriais Medio de Nvel por Ultrassom Oultrassomumaondasonora,cujafreqnciadeoscilaomaiorqueaquela sensvel pelo ouvido humano, isto , acima de 20 kHz. Ageraoocorrequandoumaforaexternaexcitaasmolculasdeummeioelstico, estaexcitaotransferidademolculaamolculadomeio,comumavelocidadeque dependedaelasticidadeeinrciadasmolculas.Apropagaodoultrassomdepende, portanto, do meio (slido,lquido ou gasoso).Assimsendo,avelocidadedosomabaseparaamedioatravsdatcnicadeeco, usada nos dispositivos ultrassnicos. Asondasdeultrassomsogeradasecaptadaspelaexcitaoeltricademateriais piezoeltricos. Acaractersticamarcantedosmateriaispiezoeltricosproduodeumfreqncia quandoaplicamosumatensoeltrica.Assimsendo,elespodemserusadoscomo gerador de ultrassom, compondo, portanto, os transmissores. Inversamente,quandoseaplicaumaforaemummaterialpiezoeltrico,ouseja, quando ele recebe um sinal de freqncia, resulta o aparecimento de uma tenso eltrica noseuterminal.Nestamodalidade,omaterialpiezoeltricousadocomoreceptordo ultrassom. Controle de processos industriais Osdispositivosdotipoultrassnicopodemserusadostantonadetecocontnuade nvel como na descontnua. Os dispositivos destinados deteco contnua de nvel caracterizam-se, principalmente, pelotipodeinstalao,ouseja,ostransdutorespodemencontrar-setotalmente submersos no produto, ou instalados no topo do equipamento sem contato com o produto. Medio de Nvel por Radar Possuiumaantenacnicaqueemiteimpulsoseletromagnticosdealtafreqncia superfcieaserdetectada.Adistnciaentreaantenaeasuperfcieasermedidaser ento calculada em funo do tempo de atraso entre a emisso e a recepo do sinal. Essatcnicapodeseraplicadacomsucesso na medio de nvel de lquidos e slidos emgeral.Agrandevantagemdestetipodemedidoremrelaoaoultrassnicoa imunidadeaefeitosprovocadosporgases,p,e espuma entre a superfcie e o detector, porm possue um custo relativo alto. Medio de Nvel Descontnua Estes medidores so empregados para fornecer indicao apenas quando o nvel atinge certos pontos desejados como, por exemplo, em sistemas de alarme e segurana de nvel alto ou baixo. Medio de nvel descontnua por condutividade Controle de processos industriais Noslquidosqueconduzemeletricidade,podemosmergulhareletrodosmetlicosde comprimentodiferente.Quandohouverconduoentreoseletrodosteremosaindicao de que o nvel atingiu a altura do ltimo eletrodo alcanado pelo lquido. Medio de Nvel descontnua por bia Diversastcnicaspodemserutilizadasparamediodescontnua,desdesimplesbia acopladaacontatoseltricosasensoreseletrnicosdotipocapacitivoouultrassnico, onde diferenciam-se entre si pela sensibilidade, tipo de fluido, caractersticas operacionais instalao e custo. Medio de Nvel de Slidos necessrio medir o nvel dos slidos, geralmente em forma de p ou gros, em silos, alto-fornos etc., pelos mesmos motivos da medio de nvel dos lquidos. Esta medio comumente feita por dispositivos eletromecnicos, onde colocada uma sondasobreacargaoucontedo.Ocabodasondamovimentaumtransdutor eletromecnico, que envia um sinal para um indicador, cuja escala graduada para nvel. Controle de processos industriais Essatcnicaapesardesimplestemcomodesvantagemagrandeincidnciade manuteno tornando-a invivel em muitos casos. Outros medidores como os radioativos, capacitivos, ultrassnicos, radares e sistemas de pesagemcomclulasdecargapodemserutilizadoscombastanteeficinciaepreciso apesar de possurem em alguns casos o custo elevado. Medio Eletromecnica Estamediocomumentefeitapordispositivoseletromecnicos,onde colocadaumasondasobreacargaoucontedo,asondadesceattocarnoprodutoe logo aps recolhida para a posio inicial e realizada medida do comprimento do cabo, que corresponde parte vazia do reservatrio. Medio Tipo Ps Rotativas Este princpio de medio s utilizado em medio descontnua de nvel. Consiste basicamente de um eixo vertical, dotado de palhetas que giram continuamente em baixa rotao, acionado por um motor sncrono. Quando o material alcana as ps, o movimentosubmetidoresistncia,acionandodoismicroswitches.Oprimeiroatua como dispositivo de alarme e o segundo desliga o motor sncrono. Quandoonveldiminui,deixandoaspslivresdequalquer resistncia, uma mola far com que o conjunto retorne a posio original. Controle de processos industriais

Lminas Vibratrias O princpio de operao deste tipo de medidor baseado no amortecimento da vibrao de uma haste simples ou de duas hastes em forma de diapaso. O amortecimento ocorre devidoaabsorodeenergiadevibraopelaviscosidadedeumlquidooupela resistncia de slidos em gros ou em p, quando em contato com a haste. Na chave de nvel de haste simples, a vibrao ocorre por excitaes transversais ou por um sistema de bobina ou eletroim ativado por meio de um circuito oscilador eletrnico. Aamplitudedevibraodahastedetectadaporumabobinasensora,gerando umsinaleltricodesada,queamplificado,indoparaumreleletrnico,que muda um contato, modificando o estado do sinal de sada. Lmina vibratria simples Lmina vibratria com duas hastes Controle de processos industriais EXERCCIOS 1 -Defina o que nvel. 2 -Qual a finalidade da medio de nvel? 3 -Cite 3 mtodos de medio de nvel? 4 -Cite 3 tipos de medidores diretos de nvel? 5 -No que consiste o medidor de nvel tipo rgua? 6 -Qual o princpio de funcionamento dos visores de nvel? 7 -No que consiste o medidor de nvel tipo bia? 8 -Quais as propriedades fsicas usadas na medio de nvel indireta? 9 -Em que teorema se baseia a medio de nvel por presso? 10 - Como feita a medio de nvel indireta em tanques fechados e pressurizados? 11 - Quais so as aplicaes da medio de nvel com borbulhador? 12 - Como composto o sistema para a medio de nvel com borbulhador? 13 - Em que princpio se baseia a medio de nvel por empuxo? 14 - O que diz o princpio de Arquimedes? 15 - Em que situao do processo ocorre medio de nvel por interface? 16 - Defina o que interface. 17 - No que consiste a medio de nvel por raios gamas? 18 - Qual(is) a(s) vantagem(ens) da medio de nvel por raios gamas? 19 - Quais so os possveis dispositivos utilizados na medio de nvel de slidos?