Sensor de Nível

TRABALHO DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

SENSOR DE NÍVEL

Grupo:Alexandre,David,Gerson,João Grupo:Alexandre,David,Gerson,João Paulo,Joseane

N3-COMEC1

ABRIL/2010

Mecânica Industrial

Trabalho apresentado ao professor Helbert, para a obtenção de créditos na primeira etapa do 3°Módulo do curso de mecânica da disciplina de instrumentação e controle.

INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

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INTRODUÇÃO Em processos industriais existe a constante necessidade de medição para o controle de produção que possuem como principal objetivo regular custo e tempo. Diversas são as formas de se verificar,monitorar e controlar estes processos,sendo que um artifício muito usados nestes processos é o medidor de nível.Sua eficiência e versatilidade são fundamentais para a ação de controle,medição e monitoramento de muitos processos. Para facilitar nosso entendimento conceituamos nível como sendo a altura de um conteúdo em um reservatório podendo ser líquido ou sólido. Alguns possuem grandes vantagens como fácil instalação e manutenção,podendo manutenção,podendo também ser instalados em locais críticos com ambientes agressivos. Neste trabalho encontra-se alguns dos diversos tipos de sensores de nível,suas vantagens, desvantagens e aplicações.

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ÍNDICE

Sensores de Nível; Definição de nível...................... nível.................................. ......................... ..................., ......,

Métodos de medição; Medição direta................................................. Réguas ou gabaritos.......................................................................... Visores de nível.................................................................................

................................................................................ Bóia ou flutuador ................................................................................ Medição indireta;................. indireta;.............................. ......................... ........................ ......................... ......................... .................., ......, Medição de nível por pressão hidrostática (pressão diferencial)......

Medição em tanques pressurizados:................................................. Supressão de zero............................................................................. Elevação do zero................................................................................ Medidor vibratório............................................................................... Medidores por Empuxo (sensor strain-gauge)................................... Medidores por Radiação ................................................................... sensores de nível Capacitivo............................................................. Sensor de nível ultra-sônico...............................................................

.................................................................. Medidor de nível por radar .................................................................. Sensor de nível tipo condutivo............................................................ Medidores do tipo Yo-Yo.................................................................... Medidor tipo pá rotativa......................................................................

.................................................... Medição de nível com borbulhador .................................................... Aplicações de sensores ..................................................................... 4


SENSORES DE NÍVEL 1- DEFINIÇÃO DE NÍVEL: Nível é a altura do conteúdo de um reservatório que pode ser sólido ou líquido. Sendo a medição feita a partir de uma referência ou linha base. A determinação do nível permite o cálculo do volume ou peso de um líquido, existente em um recipiente. A medição deste é bastante importante para a maioria dos processos industriais, nomeadamente para processos relacionados com: •

Proteção ambiental;

•

Segurança;

•

Qualidade dos produtos.

1.1-UNIDADES: A unidade de nível deve ser a unidade de comprimento do Sistema Internacional de Unidades (SI), que é o metro (m); Porém, é prática comum se referir ao nível como porcentagem (%), o nível varia, por exemplo, entre 0 e 100%, podendo assumir os valores intermediários. Também usa-se a massa ou volume ocupado pelo produto no tanque para referir-se ao seu nível, nestes casos, o nível seria expresso em quilograma (kg) ou metro cúbico(m3).

1.2-FUNÇÃO DOS SENSORES: Avaliar o volume estocado de materiais em tanques. Os sensores fazem o balanço de materiais de processos contínuos onde existam volumes de líquidos ou sólidos de acumulação temporária, reações, mistura, etc. Garantem a segurança e o controle de alguns processos onde o nível do produto não pode ultrapassar determinados limites.

2-MÉTODOS DE MEDIÇÃO: 2.1-MEDIÇÃO DIRETA: É a medição que tomamos como referencia a posição do plano superior da substância medida. A tabela abaixo possui alguns dos tipos de medição de nível conhecidos e aplicados nas indústrias

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2.2-SÃO EXEMPLOS DE SENSORES DE MEDIÇÃO DIRETA:

•

Réguas ou gabaritos: Consiste em uma régua graduada que tem o comprimento conveniente, para ser introduzido dentro do resrvatório onde vai ser medido o nível. A leitu leitura ra do níve nívell se ef efet etua uará rá at atra ravé véss da leit leitur uraa dire direta ta do co comp mprim rimen ento to marcado na régua, pelo líquido.

Vantagens: •

São instrumentos simples;

•

Baixo custo;

•

Medidas instantâneas. 6

Desvantagens: •

•

Pode ter a verificação do nível atrapalhado pelo ambiente agressivo, por exemplo, a poeira pode atrapalhar a visibilidade.

Visores de nível:

Este medidor usa o princípio de vasos comunicantes, o nível é observado por uma janela de vidro de alta resistência ao impacto, elevadas temperaturas e pressão (560°C e 220 atm quando revestidas de protetores de mica e tubo metálico), bem como ação de ácidos, tendo uma escala graduada acompanhando o visor.

Vantagens: •

Baixo custo comparando-se a outros instrumentos;

•

Fácil manutenção;

Mecânica Industrial •

Construídos de maneira a oferecer segurança na operação.

Desvantagens: •

•

Impedimento de sua utilização em casos onde a pressão e temperatura sejam excessivas.

Bóia ou flutuador:

Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contra peso. No contra peso esta fixada um ponteiro que indicará diretamente o nível de uma escala graduada. É geralmente encontrada em tanques abertos, fechados não pressurizados. O movimento da bóia independe da densidade do líquido. Entretanto turbulência ou existência de espuma na superfície do líquido pode causar erro de medição. O sistema baseia-se na mudança da altura de um flutuador colocada na superfície do líquido, essa mudança de altura transmite a variação pelo sistema de roldanas ao contrapeso que indicará este valor na escala. 7

A escala geralmente é “invertida”, pois o nível vazio fica no topo da escala e o cheio em sua base.


Vantagens: •

Fácil instalação,

•

Algumas bóias permitem o ajuste e calibração;

•

Confiabilidade alta.

Desvantagens: •

Podem Podem oco ocorre rrerr erros erros de med mediçã içãoo qua quando ndo o flu fluido ido est estive iverr em con condiç dições ões turbulentas.

2.3MEDIÇÃO INDIRETA: É o tipo de medição que se faz para determinar o nível em função de uma segunda variável. Sendo por exemplo; •

Pressão

•

Empuxo

•

Radiação

•

Propriedades elétricas

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•

MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA (PRESSÃO DIFERENCIAL)

A medição é feita usando a pressão exercida pela altura da coluna líquida para medir indiretamente o nível, baseado no teorema de Stevin [P=H.δ]. Esse tipo independe do tanque ser pressurizado ou não.


MEDIÇÃO EM TANQUES PRESSURIZADOS:

Nesse tipo de medição, a tubulação de impulso da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de baixa pressão do transmissor de nível, é conectada a tubulação de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do líquido.

•

SUPRESSÃO DE ZERO: 9

Para maior facilidade de manutenção e acesso ao instrumento, muitas vezes o transm transmiss issor or é ins instala talado do aba abaixo ixo do tan tanque que.. Out Outras ras vez vezes es a fal falta ta de pla plataf taform ormaa fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalação de um instrumento em um plano situado em nível inferior à tomada de alta pressão.

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ELEVAÇÃO DO ZERO: Quando o fluído do processo possuir alta viscosidade, ou quando o fluído se condensa nas tubulações de impulso, ou ainda no caso de um corrosivo, devemos utilizar um sistema de selagem das tubulações de impulso, das câmaras de baixa e alta pressão do transmissor de nível.

•

MEDIÇÃO DE NÍVEL COM BORBULHADOR:

Usado para medir níveis de líquido viscosos corrosivos bem como à longa distância. consiste em uma válvula agulha e um recipiente com líquido, no qual o ar ou gás passa pelo mesmo, e um indicador de pressão. A vazão é ajustada até que comece a sair pequenas bolhas. Um tubo é ligado até o final do vaso, então o nível é medido com a pressão exercida para fazer a primeira bolha sair pelo fundo do tubo.

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EMPUXO (SENSOR STRAIN-GAUGE):

Baseado no princípio de Arquimedes: O empuxo varia com o aumento ou diminuição da densidade, então é usado um deslocador (displacer) que sofre o empuxo do nível de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível estamos medindo. Usado para medir nível em tanques contendo dois líquidos diferentes, destilação torre lavagem, decantadores, etc.

•

MEDIDORES POR RADIAÇÃO:

Esses Esses sensores sensores dispensam dispensam sond sondas as ou outras outras técnicas técnicas que mant mantém ém contato com sólilido só doss ou líqu líquid idos os to torn rnan ando do-s -see po poss ssív ível el,, em qu qual alqu quer er mo mome ment nto, o, real realiz izar ar a manutenção desses medidores, sem a interferência ou mesmo a paralisação do processo. Então eles utilizam radiações nucleares se distinguem pelo fato de serem completamente isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos.

Aplicações: • • • •

• • •

Tanques agitados Reatores de altas e baixas pressões Vaporizadores com vácuo Tanques com produtos quentes canos Tanques de abastecimento Reatores de leito fluidizado.

Vantagens:

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Seu funcionamento independe da pressão, temperatura, propriedades físicas e químicas do produto;

•

Não existe contato com o produto a ser medido;

•

Radiação em forma laminar permitindo a linearização do sinal de medida;

•

Grande exatidão em relação a outros medidores;

•

Pode ser usado em produtos altamente viscosos e corrosivos, também para altas pressões e temperaturas.

Desvantagem: •

Custo muito alto comparado aos outros medidores de nível.

•

SENSORES DE NÍVEL CAPACITIVO:

Sistema de larga aplicação que possibilita a medição contínua de líquidos e sólidos e o seu principio de funcionamento é baseado em capacitores. Pode ser montado em forma de sonda onde é montada na parte superior do reservatório e imersa no material a ser medido ou mesmo uma única haste cilíndrica imersa sendo que o cilindro externo do capacitor será o próprio cilindro de estocagem. Resumindo o tanque em si é o próprio capacitor e o nível do material contido altera a capacitância.

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Podem ser usados nos mais variados produtos: •

Líquidos condutivos ou não,

•

Viscosos,

•

Agressivos,

•

Materiais granulados,

•

Pós,

•

Polpas,

•

Entre outros.

Sensor capacitivo SCR: Este sensor é um dispositivo eletrônico em que são controlados níveis de líquidos, massas ou granulados. Este sensor funciona de acordo com a variação a variação da capacitância do meio ao longo de sua face, podendo ser usado também como chave de fim de curso. Pode ser instalado preso através de sua rosca ou pendurado. Exemplo de aplicação:

Mecânica Industrial 14

•

SENSOR DE NÍVEL ULTRA-SÔNICO:

O ultra-som nada mais é que uma onda sonora cuja freqüência é maior do que a capacidade do homem (20 kHz).A geração dessas ondas sonoras é dada quando existe excitação das moléculas por um meio externo,a agitação das moléculas vão sendo transferidas uma a uma com velocidade dependente da elasticidade e inércia das moléculas.A propagação de pende do meio (sólido ,líquido e gasoso). Entã Entãoo é me medi dida da a ve veloc locida idade de do so som m at atra ravé véss da técn técnic icaa de ec ecoo us usad adoo no noss disp dispos osititiv ivos os ultr ultraa-sô sôni nico cos. s. As on onda dass sã sãoo ge gera rada dass e ca capi pita tada dass po porr ma mate teri riai aiss piezoelétricos que tem a característica de gerar freqüência quando submetidos a tensões elétricas podendo podendo ser usados como como geradores ultra-sônicos ultra-sônicos e denominados transmissores.Contudo se aplicarmos um sinal de freqüência aos piezoelétricos,é gerada tensão elétrica por ele que também dará ao mesmo a função de recepitor. Pode ser usado por medição contínua ou descontinua e instalados imersos ou submersos. Os medidores ultra-sônicos podem ser utilizados nos mais variados materiais como: •

Água,

•

Efluentes,

•

Líquidos inflamáveis ou corrosivos

E sólidos como: •

Granulados,

•

Pós (cal, cimento, farinha),

•

Chips de plástico,

•

Cavaco de madeira,

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•

MEDIDOR DE NÍVEL POR RADAR:

Pode Podend ndoo se serr ut utili iliza zada da em líq líqui uido doss e só sólid lidos os em ge gera rall co com m gran grande de su suce cess sso, o, possuindo a grande vantagem de ser utilizados em locais onde existe grande quantidade de gases, espumas, e a poeira. Mas, em contrapartida é de grande custo. Este sensor emite pulsos eletromagnéticos de alta freqüência à superfície a ser medida através de uma antena e sua medição é dada através do tempo de atraso entre a emissão e recepção do sinal.

•

SENSOR DE NÍVEL TIPO CONDUTIVO:

Desenvolvido para detectar e controlar o nível de líquidos condutores em tanques, reservatórios, poços profundos, etc. São de manutenção barata, pois não possuem partes móveis. Estes sensores podem ser encontrados com haste rígida ou flexível e podem ser aplicados como alarme de nível alto/intermediário/baixo em tanques ou poços artesianos, controle de dispositivos como bombas/válvulas, controle de nível em caldeiras ou vasos de pressão são aplicações típicas.


MEDIDORES DO TIPO YO-YO: 16

São sistemas eletromecânicos robustos para a medição de nível em silos, tanques ou reservatórios que podem conter produtos como grãos, areia, pós em geral, plásticos, minérios, óleos, produtos químicos, etc. Também pode ser usados para medir sólidos e líquidos,sendo muito indicados quando há presença presença crítica de gases,vapores,espumas,poe gases,vapores,espumas,poeira ira e em locais em que se tem alturas elevadas.

•

MEDIDOR TIPO PÁ ROTATIVA:

São ins instru trume mento ntoss ele eletro trome mecân cânico icoss mu muito ito robust robustos os de bai baixo xo custo, custo,ráp rápida ida e fác fácilil inst instal alaç ação ão,p ,pro roje jeta tado doss pa para ra silo siloss qu quee co cont ntem em gran granul ulad ados os,p ,pós ós em ge gera rall (com (comoo cimento,cal),areia,etc.Este medidor permite ajuste de sensibilidade que possibilita melhores resultados.


MEDIDOR VIBRATÓRIO:

Desenvolvido para a detecção e controle de materiais sólidos ou líquidos em silos, podendo ser instalados tanto no topo quanto na lateral. 17

Possuem vantagens de não ter partes móveis, são de fácil instalação e calibração, não dependem diretamente das condições do material medido, como a umidade. Possui duas versões: •

Haste;

•

Diapasão.

A versão de haste pode ser usada em controle nível alto/baixo de grãos, ração, pós, etc.

A versão de diapasão pode ser usado em matérias sólidos de baixa densidade como em chips.


3-APLICAÇÕES DE SENSORES: 3.1-Indústria alimentícia:

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3.2-Indústria automobilística:

3.3-Esteiras:


CONCLUSÃO Os sistemas de automação em indústrias de hoje tem influencia grande dos sensores de nível devido a sua grande área de atuação e versatilidade, que também auxilia aos profissionais no controle da produção e oferece a precisão desejada na 19

verificação de nível em sólidos e líquidos l íquidos em geral, lembrando que o custo-benefício no geral é excelente.


BIBLIOGRAFIA

http://www.getec.cefetmt.br/~mario/SENSORES%20N%CDVEL%20%5BModo%20de %20Compatibilidade%5D.pdf 20

http://www.fem.unicamp.br/~hermini/ES746/Aula%2007%20.ppt http://www.faatesp.edu.br/publicacoes/Apostila%20%20%20%20%20%20N%C3%ADvel_1_15.pdf

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