Automação industrial

2. Introdução
• Nível é a altura do conteúdo, que pode ser sólido ou
líquido, de um reservatório.
• A medição de nível permite:
1) Avaliar o volume estocado de materiais em tanques
de armazenamento;
2) Controle de processos contínuos onde existam
volumes líquidos ou sólidos de acumulação
temporária, reações, mistura, etc.
3) Manter segurança e controle de alguns processos
onde o nível do produto não pode ultrapassar
determinados limites.

3. MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE LÍQUIDO
Os três métodos básicos de medição de nível de líquido são:
a) Direto: bóias, réguas, gabaritos, visores de nível ou flutuadores;
b) Indireto: pressão, empuxo, radiação, ultra-som, pesagem e
propriedades elétricas;
c) Descontínuo: Bóias, capacitância, condutância, etc (chaves de
nível).

4. Régua ou Gabarito
• Consiste em uma régua graduada que tem um comprimento
conveniente para ser introduzida no reservatório a ser
medido.
• A determinação do nível se efetuará através da leitura direta
do comprimento molhado na régua pelo líquido.

5. 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. São simples, baratos,
precisos e de indicação direta.

6. Visores de Nível
Vantagens:
– Simplicidade;
– Baixo custo.
Desvantagens:
– Indicação local;
– Fragilidade;
– Pressão e temperatura limitadas;
– Exatidão: ruim a média.

7. Visores tipo Reflex e Transparente
Tipo Reflex

8. INSTALAÇÃO DO VISOR
DE NÍVEL TIPO REFLEX

9. INSTALAÇÃO DO VISOR DE NÍVEL TIPO
REFLEX COM VÁLVULAS DE SEGURANÇA

10. Visor de Nível Magnético
No medidor de nível magnético o fluido a
ser medido fica confinado em uma câmara
selada de aço inoxidável, onde uma bóia
de aço ou de titânio, firmemente solidária a
um ímã permanente, se movimenta
livremente, atuando sobre as pastilhas
magnéticas do indicador montado fora da
câmara.

11. Internamente o visor possui
uma bóia magnética que faz
com que as palhetas se
movam à medida que o nível
sobe, mostrando assim, a
parte colorida das palhetas
Visor de Nível Magnético

12. 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
fechados não pressurizados.

13. Bóia ou Flutuador

14. MEDIDOR DE NÍVEL TIPO BÓIA

15. Sistema com flutuadores
À medida que o nível do líquido aumenta, o peso aparente da bóia ou
flutuador diminui, fazendo atuar o mecanismo de indicação ou de transmissão.
Para o uso adequado deste medidor, a densidade do líquido deve ser
conhecida e constante.

16. Medição de Nível Indireta
Neste tipo de medição são usadas
propriedades físicas ao nível como:
pressão, empuxo , ultrasom,
radiação e propriedades elétricas.

17. MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO
HIDROSTÁTICA
Neste tipo de medição
usamos a pressão exercida
pela altura da coluna
líquida, para medirmos
indiretamente o nível.

18. MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO
HIDROSTÁTICA
TANQUES ABERTOS

19. MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO
DIFERENCIAL
TANQUES PRESSURIZADOS

20. Nível de tanque pressurizado usando selos
Um transmissor de pressão diferencial monitora o nível
do fluido em tanque pressurizado por medição de
pressão hidrostática. Selos com capilares são
freqüentemente adicionados para assegurar
compatibilidade com meios corrosivos e viscosos bem
como adaptar os transmissores a tamanhos específicos
de tanques e conexões de instrumentos.
O líquido normalmente utilizado para selagem das
tomadas de impulso é a glicerina ou o silicone líquido,
devido à sua alta densidade.

21. TRANSMISSOR DE PRESSÃO DIFERENCIAL
COM SELO REMOTO

22. 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 uma
plataforma de fixação em torno de um tanque elevado resulta na instalação
de um instrumento em um plano situado em nível inferior à tomada de alta
pressão.

23. Elevação de Zero
• Sistema de medição de nível com selagem, no qual deve ser
feita a elevação, que consiste em se anular a pressão da
coluna líquida na tubulação de impulso da câmara de baixa
pressão do transmissor de nível.

24. 1) Quando o nível estiver em 0%:
ΔP0% = PH - PL
ΔP0% = ( hH . dH ) - ( hL . dL )
ΔP0% = ( 800 . 1 ) – ( 2800 . 1 )
ΔP0% = ( 800 ) – ( 2800 )
ΔP0% = - 2000 mmH2O
onde:
PH = pressão na câmara de alta
PL = pressão na câmara de baixa
hH = altura da coluna líquida na câmara de alta
dH = densidade do líquido da câmara de alta
hL = altura da coluna líquida na câmara de baixa
dL = densidade do líquido da câmara de baixa
Exemplo 1: Calcule o range do sistema abaixo.

25. Quando o nível estiver em 100%:
ΔP100% = PH - PL
ΔP100% = * ( hCLP . dCLP ) + ( hH . dH ) + - ( hL . dL )
ΔP100% = * ( 2000 . 2 ) + ( 800 . 1 ) + – ( 2800 . 1 )
ΔP100% = * ( 4000 + 800 ) + – ( 2800 )
ΔP100% = 4800 – 2800
ΔP100% = 2000 mmH2O
Logo, o range é: -2000 a 2000 mmH2O
onde:
PH = pressão na câmara de alta
PL = pressão na câmara de baixa
hH = altura da coluna líquida na câmara de alta
dH = densidade do líquido da câmara de alta
hL = altura da coluna líquida na câmara de baixa
dL = densidade do líquido da câmara de baixa
hCLP = altura da coluna líquida do processo
dCLP = densidade do líquido do processo
Exemplo 1: Calcule o range do sistema abaixo.

26. Exemplo de ligação de transmissor de nível

27. Sistema de medição com Borbulhador

28. MEDIÇÃO DE NÍVEL COM BORBULHADOR

29. Sensores Hidrostáticos
Especificações:
Alimentação: 10-40 Vdc
Saída: 4-20 mA ±10%
Temperatura de operação:
-29 to 93°C
Conexão elétrica:
50 ft (15.2m) PVC Cabo
flexível “shieldado”
Este transdutor utiliza uma célula de pressão de Silício, no interior
de um envoltório de aço inoxidável, utilizando um diafragma.
Compara a pressão hidrostática que o líquido exerce na base de um
tanque ou reservatório com a pressão atmosférica.
Faixa de Pressão: Para 0-2 psi, para 0-5 psi, para 0-10 psi,........ ,
para 0-300 psi

30. Sensores Ultra-Sônicos
A onda sonora reflete contra o processo abaixo e
retorna ao transdutor. O microprocessador , baseado
em medições eletrônicas do tempo gasto entre a
geração da onda sonora e sua recepção (“tempo de
transito”), “traduz” como sendo a distância entre o
transmissor e o processo
A velocidade do som depende
do meio e da temperatura!

31. Sensores Ultra-Sônicos
Utilizados na medição e controle de nível de
materiais líquidos ou sólidos, apresentam
excelentes precisão e performance, além de
não existir contato físico entre o sensor e o
meio medido.
O excelente ângulo de incidência permite
seu uso em aplicações críticas como
silos/tanques de pequeno diâmetro ou com
presença de gases/vapores ou pó.
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, etc.), chips de
plástico, cavaco de madeira, entre outros.

32. Sensores Ultra-Sônicos
Vantagens:
-Boa confiabilidade;
-Medição sem contato;
-Medição independe das características do líquido.
Desvantagens:
-Relativamente caro;
-Não pode ser usado em áreas onde exista fortes;
campos elétricos (motores, relés, geradores
elétricos).

33. Medição de Nível por Radar
Sem onda guiada!
• Pulsos eletromagnéticos
de alta freqüência.
•A distância entre a antena e
a superfície a ser medida
será então calculada em
função do tempo de atraso
entre a emissão e a
recepção do sinal

34. Medição de Nível por Radar
Onda Guiada!
Ver vídeo!

35. Medição de Nível por Radar

36. Medição de Nível por Radar
As principais vantagens da técnica de medição de nível com radar são:
1. Pode medir nível de líquidos complexos (tóxicos, perigosos, sanitários).
2. Não requer licença legal (como o radiativo).
3. É uma medição sem contato.
4. Apresenta alta precisão em faixa de 1,5 a 60 m.
5. A antena pode ser colocada externamente, totalmente isolada do processo.
6. A operação é verificável através do monitor
7. Nenhuma recalibração é requerida quando se altera as condições de processo, pois a mudança
do líquido não afeta a velocidade e freqüência e processamento do sinal.
8. A operação do sistema pode tolerar revestimento do sensor, turbulência da superfície e
espuma no líquido (melhor que laser e ultra-som).
Como desvantagem, tem-se:
1. É a técnica de medição de nível mais cara.
2. Só é aplicada em processo com líquido limpo.
3. Não pode ser usado em aplicação com sólido, por causa do sinal fraco
de reflexão.
4. Possui menor número de aplicações que o sistema com radiação nuclear. com sólido, por causa
do sinal fraco de reflexão.

37. Sensores Radiométricos
Raios Gama!

38. MEDIÇÃO POR RADIAÇÃO

39. Medição de Nível a Laser
Medição de Nível em silos de baixa Visibilidade:
Vantagens:
•Medição em alta resolução
•Sem problemas com ecos como os
instrumentos ultra-sônicos
•Utilização em praticamente todo tipo de
material, podendo obter medições tanto
de líquidos como de pós
Limitações:
•Linha de sinal entre o instrumento e a
superfície do material não deve ser
interrompida
•O feixe de laser, em alguns casos, pode
penetrar em líquidos transparentes

40. Medição de Nível num silo com Carvão, onde há
grande ocorrência de fuligem
Medição de Nível a Laser

41. Célula de Carga

42. MEDIÇÃO DE NÍVEL POR CAPACITÂNCIA
• O medidor de nível capacitivo mede as possibilidades do capacitor
formado pelo eletrodo submergido no líquido em relação às paredes
do tanque.
• Em líquidos não condutores, se emprega um eletrodo normal.
• Em fluidos condutores, o eletrodo é isolado normalmente com teflon.

43. MEDIDOR CAPACITIVO
Desenvolvidos para a medição e controle/detecção de nível, estes instrumentos
não apresentam partes móveis e devido ao seu princípio de operação
(RHF/capacitância), são extremamente versáteis, podendo ser utilizados com os
mais variados produtos : líquidos condutivos ou não, viscosos, agressivos,
materiais granulados, pós, polpas, entre outros. Disponíveis em modelos para
condições críticas de temperatura e pressão ou aplicações pesadas como
minérios, brita, entre outros.

44. Chave de Nível Capacitivo:
- Modelos de haste : rígida ou
flexível
-Saída : relê
-- Temperatura : -20 a 150 ºC
- Pressão : até 10 kgf/cm2
- Versões para áreas
classificadas
Transmissor de nível:
- Modelos de haste : rígida ou
flexível
- Saída : 4-20 mA
- Temperatura : -20 a 150 ºC
- Pressão : até 10 kgf/cm2
- Versões especiais para até
538 ºC
1- Display numérico com menu de
programação e status de saída
2- Sistema de montagem modular
adaptável a várias conexões no
processo
3 – Ponta de prove disponível em
10”, 18” e 28”.
4 – sinais de saída nos padrões
industriais
MEDIÇÃO DE NÍVEL POR CAPACITÂNCIA

45. Sistemas com Bóias

46. Sistemas com Bóias
Aplicações:
•Controle de nível
• Alarme de nível alto / baixo
•Enchimento / esvaziamento de
tanques
•Controle ou proteção de bombas
•Aplicações envolvendo : água
potável, água bruta,efluentes, entre
outros, etc.

47. Sistemas com Bóias
Chave de nível tipo bóia pêra:
-Saída : microcontato NA/NF
-Cabo : PVC
-Comprimento do cabo : 5 ou 10 m
-Temperatura: até 60 ºC
-Pressão : até 5 kgf/cm2
Representam os mais simples instrumentos para o
controle e detecção de nível de líquidos. Aliam baixo
custo e grande facilidade de instalação. Seu
microcontato não utiliza mercúrio e o diferencial pode
ser ajustado através de um pequeno contrapeso. Entre
as aplicações típicas encontram-se : tanques e fossas
de efluentes, dejetos industriais ou água, controle de
bombas, locais de difícil acesso à montagem de outros
tipos de sensores de nível, etc.

48. Sensores por Vibração
 Este sensor consiste de dois osciladores
piezelétricos fixados dentro de um tubo
gerando vibrações neste tubo à sua freqüência
de ressonância.
 A freqüência ressonante do tubo varia de
acordo com a sua profundidade de imersão no
fluído ou material.

49. Sensores por Vibração
- Modelos : haste ou diapasão
- Produtos : sólidos (haste e
diapasão) / líquidos (diapasão)
- Saída : relê SPDT ou coletor
aberto (somente diapasão),PNP e
NPN
- Temperatura : -40 a 160 ºC
- Pressão : até 25 bar
- Versões para áreas classificadas

50. Sensores Condutivos
Desenvolvidos para aplicações que envolvem o controle/detecção de nível de
líquidos condutivos em tanques, reservatórios, poços profundos ou locais
remotos, são de fácil instalação, não apresentam partes móveis e portanto,
praticamente não necessitam de manutenção constante. Controle de dispositivos
como bombas/válvulas e controle de nível em caldeiras ou vasos de pressão são
aplicações típicas das chaves condutivas.

51. Utilizando três eletrodos (Es= Superior; Ei= Inferior; Er=Referência), monitora-se o
nível máximo e mínimo do líquido a ser controlado. O eletrodo de referência (Er) deve
sempre ser instalado abaixo do nível mínimo, podendo ser substituído pela própria
carcaça do reservatório se este for condutor.
Devido à tensão entre Er e Ei, quando o líquido interliga ambos, há circulação de
corrente de acordo com a condutibilidade do líquido(máx .100k ), quando o
líquido descobrir Ei, cessa a circulação de corrente. Isto permite detectar o nível
mínimo. Para o nível máximo, ocorre o mesmo processo entre Er e Es. Devido a
circulação de Corrente Alternada nos eletrodos, minimiza-se o processo de Eletrólise
prolongando a vida útil dos mesmos.
Sensores Condutivos

52. Sensores Condutivos

53. Sensores por Dispersão Térmica
Este sensor pode
ser usado como
chave de nível ou
como chave de
vazão.

54. Medição de Nível com Pás Rotativas
Pá Rotativa
São instrumentos eletromecânicos robustos, de baixo custo, de rápida e fácil
instalação que foram projetados para o controle de nível em silos contendo
materiais como granulados, pós em geral (cimento, cal, farinha, etc.), minérios,
areia, cavaco de madeira, entre outros. Estas chaves de nível são ideais para
silos que armazenam diferentes materiais. Além disso permitem ajustar a
sensibilidade para melhor performance.
- Saída : relê
- Sensibilidade : ajustável
- Temperatura : até 398 ºC
- Pressão : até 2 kgf/cm2
- Densidade : mín. 0,02 kg/dm3
- Versões para áreas
classificadas

55. Conexão Elétrica:
A pá do controle de nível é acionada por um conjunto
motoredutor síncrono acoplado ao eixo por meio de uma
fricção que tem por função proteger o mecanismo em
caso de pequenos choques entre o material e a pá.
Quando esta, que se move a uma rotação constante de1
rpm, encontra resistência do material, um micro
interruptor interno é acionado e o motor bloqueado. O
conjunto pode permanecer nesta condição
indefinidamente ou voltar à condição inicial caso o nível
do material libere a pá.
Medição de Nível com Pás Rotativas

56. Medição de Nível - Líquido

57. Medição de Nível - Sólidos