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CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL NANSEN ARAÚJO

MINICURSO SOBRE MEDIÇÃO DE NÍVEL

resumo

Este artigo dá uma visão geral sobre as principais técnicas utilizadas industrialmente na medição de nível, suas principais características e aplicações.

INTRODUÇÃO

Nível é a altura do conteúdo de um reservatório que pode ser sólido ou líquido. Trata-se de uma das principais variáveis utilizadas em controle de processos contínuos, pois através de sua medição torna-se possível:

a) Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamento.

  1. Balanço de materiais de processos contínuos onde existam volumes líquidos ou sólidos de acumulação temporária, reações, mistura, etc.

  2. Segurança e controle de alguns processos onde o nível do produto não pode ultrapassar determinados limites.

métodos de medição de nível de líquido

Os três tipos básicos de medição de nível são:

a) direto

b) indireto

c) descontínuo

MEDIÇÃO DIRETA

É a medição que tomamos como referência a posição do plano superior da substância medida. Neste tipo de medição podemos utilizar réguas ou gabaritos, visores de nível, bóia ou flutuador.

  • Régua ou Gabarito

Consiste em uma régua graduada a qual tem um comprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatório a ser medido.

A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento molhado na régua pelo líquido.

  • Visores de Nível

Este medidor usa o princípio dos vasos comunicantes, o nível é observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhando o visor.

Esta medição é feita em tanques abertos e tanques fechados.

Bóia ou Flutuador

Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente encontrada em tanques abertos.

Medição de nivel indireta

Neste tipo de medição o nível é medido indiretamente em função de grandezas físicas como : pressão, empuxo , radiação e propriedades elétricas.

  • Medição de Nível por Pressão Hidrostática (pressão diferencial)

Neste tipo de medição usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos indiretamente o nível, como mostra abaixo o Teorema de Stevin:

P = h . 

Onde:

P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O

h = nível em mm ou em polegadas

= densidade relativa do líquido na temperatura ambiente.

Essa técnica permite que a medição seja feita independente do formato do tanque seja ele aberto ou pressurizado.

  • Medição por Pressão Diferencial em Tanques Pressurizados.

Neste 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 na tubulação de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do líqüido.

  • Supressão de Zero

Para maior facilidade de manutenção e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor é instalado abaixo do tanque. Outras vezes a falta de plataforma 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.

Em ambos os casos, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro da tomada de impulso, se o problema não for contornado, o transmissor indicaria um nível superior ao real.

  • Elevação de Zero

Quando o fluído do processo possuir alta viscosidade, ou quando o fluído se condensa nas tubulações de impulso, ou ainda no caso do fluído ser corrosivo, devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulações de impulso, das câmaras de baixa e alta pressão do transmissor de nível. Selam-se então ambas as tubulações de impulso, bem como as câmaras do instrumento.

Na figura abaixo, apresenta-se um sistema de medição de nível com selagem, no qual deve ser feita a elevação, que consiste em anular-se a pressão da coluna líquida na tubulação de impulso da câmara de baixa pressão do transmissor de nível.

  • Medição de Nível com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos à distância.

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gás e uma pressão ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. Este valor normalmente é ajustado para aproximadamente 20% a mais que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha, um recipiente com líquido na qual o ar ou gás passará pelo mesmo e um indicador de pressão.

Ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades. Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso a qual queremos medir seu nível, teremos então um borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido o qual queremos medir o nível .Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um indicador de pressão que indicará um valor equivalente a pressão devido ao peso da coluna líquida . Nota-se que teremos condições de instalar o medidor a distância.

  • Medição de Nível por Empuxo

Baseia-se no princípio de Arquimedes: “Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do fluído deslocado.”

A esta força exercida pelo fluído do corpo nele submerso ou flutuante chamamos de empuxo.

E = V . 

onde:

E = empuxo

V = volume deslocado

 = densidade ou peso específico do líquido

Baseado no princípio de Arquimedes usa-se 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, pois o empuxo varia com a densidade.

Através dessa técnica podemos medir nivel de interface entre dois líquidos não miscíveis.

Na indústria muitas vezes temos que medir o nível da interface em um tanque contendo 2 líquidos diferentes. Este fato ocorre em torres de destilação, torres de lavagem, decantadores etc.

Um dos métodos mais utilizados para a medição da interface é através da variação do empuxo conforme citaremos a seguir.

Consideremos um flutuador de forma cilíndrica mergulhado em 2 líquidos com pesos específicos diferentes 1 e 2.

Desta forma, podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuador, será a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro, pelos líquidos de pesos específicos 1 e 2, respectivamente. O empuxo será dado pôr:

Et = E1 + E2

onde:

E1 = V1 . 1 e E2 = V2 . 2

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