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INSTRUMENTAÇÃO
MEDIÇÃO DE NÍVEL
- PRINCIPAIS MÉTODOS DE MEDIÇÃO:
• RÉGUA OU GABARITO
• VISORES DE NÍVEL
• BÓIA OU FLUTUADOR
• POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA (∆P)
• COM BORBULHADOR
• POR EMPUXO
• COM RAIOS GAMA
• CAPACITIVO
• POR ULTRASOM
• POR RADAR
• MEDIDORES DESCONTÍNUOS
• MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
TIPO
DE
INSTRUMENTO
CHAVE DE
NÍVEL
MEDIÇÃO CONTÍNUA
INDICAÇÃO
TRANSMISSÃO/
CONTROLE
Visor de Nível R E R B R
Bóia/Flutuador E R R B R R B R R
Empuxo E B E B
Pressão Hidros. B R R R B R R B R R
Borbulhador R R B R B R B R B R
Cél. Carga R B R B B B R B
Ultrasom B R B B B R R E
Radiação B B E R E E R B E B R B R
Capacitivo B B R B R R R R B B R B
Condutividade R R R
Pás Rotativas B
Lâminas Vibrat. B B E B
Detecção Térm. B R R R B R R R
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 - Líquidos limpos
2 - Líquidos com
espuma
3 - Interface
4 - Polpas
5 - Sólidos
E - Excelente (sem restrições de uso)
B - Bom (com restrições de uso)
R - Regular (poucas aplicações)
Visores de nível direto
• É o método mais simples para a indicação do nível.
Consiste de uma janela de vidro ou outro material
transparente colocado diretamente na própria parede do
tanque de armazenamento, ou um tubo de vidro
montado externamente ao tanque.
• São robustos, de baixo custo, confiáveis e de fácil
manuseio e manutenção. Na montagem de peças
externas são incluídas válvulas de bloqueio ou isolação,
suspiro e dreno, para permitir a manutenção ou
substituição.
Exemplos visores de nível
Visores de nível magnético
• Uma variante do sistema visor de nível é o chamado
nível magnético, sendo particularmente adequado onde
tem-se gases ou líquidos tóxicos e perigosos, proibindo
o acesso à atmosfera e, também, quando o perigo de
falha em materiais comumente empregados em visores
de nível tradicionais, devido à fadiga e à corrosão, não
puder ser tolerado.
Funcionamento
• 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, tuando
sobre as pastilhas magnéticas do indicador montado
fora da câmara. Com uma movimentação da bóia, cada
pastilha gira de 180° mostrando uma cor contrastante.
Sistema com bóias
• Medir a posição de uma bóia na superfície de um líquido
por meio de um transdutor apropriado é um método
bastante comum para se medir o nível de um líquido. O
sistema usando um potenciômetro, mostrado na figura a
seguir é muito comum e bastante conhecido para esta
aplicação para monitorar o nível em tanques de
combustível em veículos.
• Os sistemas com bóias também são muito empregados
como chaves de nível.
Exemplos de Bóias
Sistema com bóia e polia
• Um sistema alternativo, o qual é usado em um grande
número de aplicações consiste em transmitir o
movimento de uma bóia a uma polia, através de um
cabo e um contrapeso. Acoplado à polia tem-se um
mecanismo para aciona um ponteiro, pena, ou um
mecanismo de transmissão elétrica ou pneumática.
Sistema com flutuadores
• Os medidores de nível flutuadores têm seu princípio de
funcionamento baseado na lei de Archimedes, onde um
elemento com densidade maior que o líquido que se
deseja medir o nível, fica parcialmente submerso no
líquido e suspenso por uma mola, um dinamômetro ou
uma barra de torção.
• 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.
Exemplos
Medição por pesagem
• Outro método utilizado para medição volumétrica ou
quando os materiais são muito corrosivos ou de difícil
aplicação dos métodos convencionais, consiste na
medição contínua do peso do reservatório junto com o
material.
• O valor do peso pode ser relacionado ao nível quando
são conhecidos a área ou seção transversal do
reservatório e a densidade do material.
• O peso é medido por balanças mecânicas convencionais
ou por strain gauges, colocados estrategicamente nos
elementos de suporte do reservatório.
Medição da pressão hidrostática
• A pressão hidrostática oriunda de um fluído é diretamente
proporcional à sua profundidade e, consequentemente,
do nível da sua superfície. Vários instrumentos que usam
este princípio estão disponíveis e são largamente
empregados em indústrias, principalmente em ambientes
químicos severos.
MEDIÇÃO DE NÍVEL, INDIRETA
POR PRESSÃO (HIDROSTÁTICA OU ∆P)
∆P = h. dr
Cálculo do Range:
P = Ph – Pl
Pl = 0 (Patm)
Nível (0%): P = 0 (4 mA)
Nível (100%): P = h . d (20 mA)
LÍQUIDO
h
HI LO
dr
Supressão de Zero (Tanque aberto)
LÍQUIDO
h
HI LOCálculo do Range:
P = Ph - Pl
Pl = 0 (Patm)
Nível (0%): P = y . dr (4 mA)
Nível (100%): P = (h + y) . dr (20 mA)
y
dr
Elevação de Zero
(Tanques fechados e pressurizados)
LÍQUIDO
h
HI LO
Cálculo do Range:
Nível (0%):
P = Ph - Pl
P = 0 - (h . dselo)
P = - (y . dselo) (4 mA)
Nível (100%):
P = Ph - Pl
Pl = y . dselo
Ph = h . dlíquido
P = h . dlíquido - y . dselo (20 mA)
GÁS
y
Exemplo 1:
Exemplo 2:
∆P0% = - 2000 mmH2O
∆P100% = 2000 mmH2O
Portanto, o Range do TRM é de – 2000 a 2000 mmH2O
LÍQUIDO
2 m
HI LO
Cálculo do Range:
Nível (0%):
P = Ph - Pl
P = 0 - (h . dselo)
P = - (y . dselo) (4 mA)
Nível (100%):
P = Ph - Pl
Pl = y . dselo
Ph = h . dlíquido
P = h . dlíquido - y . dselo (20 mA)
GÁS
3 m
EXERCÍCIO
Dselo = 0,8
Dlíquido = 0,9
MEDIÇÃO DE PRESSÃO
• Pressão Atmosférica: Pressão exercida pela atmosfera terrestre. A nivel do mar 760 mmHg;
• Pressão Relativa Positiva ou Manométrica: Pressão medida em relação à atmosférica;
• Pressão Relativa Negativa ou Vacuo: Pressão Relativa menor que a pressão atmosférica;
• Pressão Absoluta: Soma da pressão relativa com a pressão atmosférica. É medida a partir
do vácuo absoluto;
Pabs = Prel + Patm
Tabela de Conversão - Unidades de Pressão
psi kPa Polegadas
H2O
mmH2O Polegadas
Hg
mmHg Bar m Bar kgf/cm2 gf/cm2
psi 1 6,8947 27,7620 705,1500 2,0360 51,7150 0,0689 68,9470 0,0703 70,3070
kPa 0,1450 1 4,0266 102,2742 0,2953 7,5007 0,0100 10,0000 0,0102 10,1972
Polegadas
H2O
0,0361 0,2483 1 25,4210 0,0734 1,8650 0,0025 2,4864 0,0025 2,5355
mmH2O 0,0014 0,0098 0,0394 1 0,0028 0,0734 0,0001 0,0979 0,0001 0,0982
Polegadas
Hg
0,4912 3,3867 13,6200 345,9400 1 25,4000 0,0339 33,864 0,0345 34,532
mmHg 0,0193 0,1331 0,5362 13,6200 0,0394 1 0,0013 1,3332 0,0014 1,3595
Bar 14,5040 100,00 402,1800 10215,0000 29,5300 750,0600 1 1000 1,0197 1019,70
0
m Bar 0,0145 0,1000 0,402 10,2150 0,0295 0,7501 0,001 1 0,0010 1,0197
kgf/cm2 14,2230 97,9047 394,4100 10018,0 28,9590 735,560 0,9800 980,7000 1 1000
gf/cm2 0,0142 0,0970 0,3944 10,0180 0,0290 0,7356 0,0009 0,9807 0,001 1
Exemplo 1 mmHg = 0,5362 pol, H2O = 1,3332 m Bar
97 mmHg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H2O
(97 mmHg = 97(1,3332) =129,3204 m Bar
Exercícios conversão de unidades de pressão
DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
1. Tubo Bourdon (tipos)
CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica
2. Membrana ou Diafragma
3. Fole
4 - Colunas de Líquido
P1 – P2 = h . dr
Manômetro de tubo em “U”
Manômetro de Coluna
Reta Vertical
CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica
Manômetro de Coluna Reta Inclinada
Menisco
Sensor tipo Piezoelétrico
+
+
+
+
_
_
_
_
P CRISTAL
Efeito Piezoelétrico
P DIAFRAGMA
SAIDA
CRISTALTransdutor
• Cristais como o quartzo, turmalina
e titanato, acumulam cargas
elétricas em certas áreas de sua
estrutura cristalina quando sofrem
uma deformação.
Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
R = (ρ.L) / A
Sensor tipo Capacitivo
Tubos Capilares
Diafragma Sensor
Vidro
Fluido de Enchimento
Diafragma de Processo
Placas do Capacitor
SELO REMOTO
Aplicação:
a) O fluído do processo for corrosivo ao dispositivo de medição;
b) O fluído for um gás com possibilidade de condensação por di-
minuição de temperatura, quando for aplicado ao dispositivo
de medição, ex: vapor d’água;
c) O fluído for um líquido com sólidos em suspensão;
d) O fluído for um líquido pastoso;
e) O fluído tender a cristalizar-se com variações de temperatura
ao ser aplicado ao dispositivo de medição;
f) O fluído não puder permanecer parado no dispositivo de
medição, ex: medicamentos, leite etc;
CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica
SELO REMOTO
Instalação: Tomadas de Impulso
GÁS LÍQUIDO VAPOR
CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica
• SISTEMAS DE SELAGEM
SELO DE LÍQUIDO
SELO DE AR
Diafragma Isolador
Corpo
Tubo Capilar
Corpo
Diafragma
Isolador
Fluído de
Enchimento
Armadura
do tubo Capilar
SELO VOLUMÉTRICO
DRENO/PURGA (SANGRIA)
LD301
Posição Superior
(Aplicações em Líquido / Multifase)
Posição Inferior
(Aplicações em Gás )
A POSIÇÃO DO DRENO
PODE SER MUDADA,
GIRANDO O FLANGE
180O

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Instrumentacao

  • 2. MEDIÇÃO DE NÍVEL - PRINCIPAIS MÉTODOS DE MEDIÇÃO: • RÉGUA OU GABARITO • VISORES DE NÍVEL • BÓIA OU FLUTUADOR • POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA (∆P) • COM BORBULHADOR • POR EMPUXO • COM RAIOS GAMA • CAPACITIVO • POR ULTRASOM • POR RADAR • MEDIDORES DESCONTÍNUOS • MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
  • 3. TIPO DE INSTRUMENTO CHAVE DE NÍVEL MEDIÇÃO CONTÍNUA INDICAÇÃO TRANSMISSÃO/ CONTROLE Visor de Nível R E R B R Bóia/Flutuador E R R B R R B R R Empuxo E B E B Pressão Hidros. B R R R B R R B R R Borbulhador R R B R B R B R B R Cél. Carga R B R B B B R B Ultrasom B R B B B R R E Radiação B B E R E E R B E B R B R Capacitivo B B R B R R R R B B R B Condutividade R R R Pás Rotativas B Lâminas Vibrat. B B E B Detecção Térm. B R R R B R R R 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 - Líquidos limpos 2 - Líquidos com espuma 3 - Interface 4 - Polpas 5 - Sólidos E - Excelente (sem restrições de uso) B - Bom (com restrições de uso) R - Regular (poucas aplicações)
  • 4. Visores de nível direto • É o método mais simples para a indicação do nível. Consiste de uma janela de vidro ou outro material transparente colocado diretamente na própria parede do tanque de armazenamento, ou um tubo de vidro montado externamente ao tanque. • São robustos, de baixo custo, confiáveis e de fácil manuseio e manutenção. Na montagem de peças externas são incluídas válvulas de bloqueio ou isolação, suspiro e dreno, para permitir a manutenção ou substituição.
  • 6. Visores de nível magnético • Uma variante do sistema visor de nível é o chamado nível magnético, sendo particularmente adequado onde tem-se gases ou líquidos tóxicos e perigosos, proibindo o acesso à atmosfera e, também, quando o perigo de falha em materiais comumente empregados em visores de nível tradicionais, devido à fadiga e à corrosão, não puder ser tolerado.
  • 7. Funcionamento • 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, tuando sobre as pastilhas magnéticas do indicador montado fora da câmara. Com uma movimentação da bóia, cada pastilha gira de 180° mostrando uma cor contrastante.
  • 8. Sistema com bóias • Medir a posição de uma bóia na superfície de um líquido por meio de um transdutor apropriado é um método bastante comum para se medir o nível de um líquido. O sistema usando um potenciômetro, mostrado na figura a seguir é muito comum e bastante conhecido para esta aplicação para monitorar o nível em tanques de combustível em veículos. • Os sistemas com bóias também são muito empregados como chaves de nível.
  • 10. Sistema com bóia e polia • Um sistema alternativo, o qual é usado em um grande número de aplicações consiste em transmitir o movimento de uma bóia a uma polia, através de um cabo e um contrapeso. Acoplado à polia tem-se um mecanismo para aciona um ponteiro, pena, ou um mecanismo de transmissão elétrica ou pneumática.
  • 11. Sistema com flutuadores • Os medidores de nível flutuadores têm seu princípio de funcionamento baseado na lei de Archimedes, onde um elemento com densidade maior que o líquido que se deseja medir o nível, fica parcialmente submerso no líquido e suspenso por uma mola, um dinamômetro ou uma barra de torção. • 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.
  • 13. Medição por pesagem • Outro método utilizado para medição volumétrica ou quando os materiais são muito corrosivos ou de difícil aplicação dos métodos convencionais, consiste na medição contínua do peso do reservatório junto com o material. • O valor do peso pode ser relacionado ao nível quando são conhecidos a área ou seção transversal do reservatório e a densidade do material. • O peso é medido por balanças mecânicas convencionais ou por strain gauges, colocados estrategicamente nos elementos de suporte do reservatório.
  • 14. Medição da pressão hidrostática • A pressão hidrostática oriunda de um fluído é diretamente proporcional à sua profundidade e, consequentemente, do nível da sua superfície. Vários instrumentos que usam este princípio estão disponíveis e são largamente empregados em indústrias, principalmente em ambientes químicos severos.
  • 15. MEDIÇÃO DE NÍVEL, INDIRETA POR PRESSÃO (HIDROSTÁTICA OU ∆P) ∆P = h. dr Cálculo do Range: P = Ph – Pl Pl = 0 (Patm) Nível (0%): P = 0 (4 mA) Nível (100%): P = h . d (20 mA) LÍQUIDO h HI LO dr
  • 16. Supressão de Zero (Tanque aberto) LÍQUIDO h HI LOCálculo do Range: P = Ph - Pl Pl = 0 (Patm) Nível (0%): P = y . dr (4 mA) Nível (100%): P = (h + y) . dr (20 mA) y dr
  • 17. Elevação de Zero (Tanques fechados e pressurizados)
  • 18. LÍQUIDO h HI LO Cálculo do Range: Nível (0%): P = Ph - Pl P = 0 - (h . dselo) P = - (y . dselo) (4 mA) Nível (100%): P = Ph - Pl Pl = y . dselo Ph = h . dlíquido P = h . dlíquido - y . dselo (20 mA) GÁS y Exemplo 1:
  • 19. Exemplo 2: ∆P0% = - 2000 mmH2O ∆P100% = 2000 mmH2O Portanto, o Range do TRM é de – 2000 a 2000 mmH2O
  • 20. LÍQUIDO 2 m HI LO Cálculo do Range: Nível (0%): P = Ph - Pl P = 0 - (h . dselo) P = - (y . dselo) (4 mA) Nível (100%): P = Ph - Pl Pl = y . dselo Ph = h . dlíquido P = h . dlíquido - y . dselo (20 mA) GÁS 3 m EXERCÍCIO Dselo = 0,8 Dlíquido = 0,9
  • 21. MEDIÇÃO DE PRESSÃO • Pressão Atmosférica: Pressão exercida pela atmosfera terrestre. A nivel do mar 760 mmHg; • Pressão Relativa Positiva ou Manométrica: Pressão medida em relação à atmosférica; • Pressão Relativa Negativa ou Vacuo: Pressão Relativa menor que a pressão atmosférica; • Pressão Absoluta: Soma da pressão relativa com a pressão atmosférica. É medida a partir do vácuo absoluto; Pabs = Prel + Patm
  • 22. Tabela de Conversão - Unidades de Pressão psi kPa Polegadas H2O mmH2O Polegadas Hg mmHg Bar m Bar kgf/cm2 gf/cm2 psi 1 6,8947 27,7620 705,1500 2,0360 51,7150 0,0689 68,9470 0,0703 70,3070 kPa 0,1450 1 4,0266 102,2742 0,2953 7,5007 0,0100 10,0000 0,0102 10,1972 Polegadas H2O 0,0361 0,2483 1 25,4210 0,0734 1,8650 0,0025 2,4864 0,0025 2,5355 mmH2O 0,0014 0,0098 0,0394 1 0,0028 0,0734 0,0001 0,0979 0,0001 0,0982 Polegadas Hg 0,4912 3,3867 13,6200 345,9400 1 25,4000 0,0339 33,864 0,0345 34,532 mmHg 0,0193 0,1331 0,5362 13,6200 0,0394 1 0,0013 1,3332 0,0014 1,3595 Bar 14,5040 100,00 402,1800 10215,0000 29,5300 750,0600 1 1000 1,0197 1019,70 0 m Bar 0,0145 0,1000 0,402 10,2150 0,0295 0,7501 0,001 1 0,0010 1,0197 kgf/cm2 14,2230 97,9047 394,4100 10018,0 28,9590 735,560 0,9800 980,7000 1 1000 gf/cm2 0,0142 0,0970 0,3944 10,0180 0,0290 0,7356 0,0009 0,9807 0,001 1 Exemplo 1 mmHg = 0,5362 pol, H2O = 1,3332 m Bar 97 mmHg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H2O (97 mmHg = 97(1,3332) =129,3204 m Bar
  • 23. Exercícios conversão de unidades de pressão
  • 24. DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO 1. Tubo Bourdon (tipos)
  • 25. CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica 2. Membrana ou Diafragma 3. Fole
  • 26. 4 - Colunas de Líquido P1 – P2 = h . dr Manômetro de tubo em “U” Manômetro de Coluna Reta Vertical
  • 27. CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica Manômetro de Coluna Reta Inclinada Menisco
  • 28. Sensor tipo Piezoelétrico + + + + _ _ _ _ P CRISTAL Efeito Piezoelétrico P DIAFRAGMA SAIDA CRISTALTransdutor • Cristais como o quartzo, turmalina e titanato, acumulam cargas elétricas em certas áreas de sua estrutura cristalina quando sofrem uma deformação.
  • 29. Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo R = (ρ.L) / A
  • 30. Sensor tipo Capacitivo Tubos Capilares Diafragma Sensor Vidro Fluido de Enchimento Diafragma de Processo Placas do Capacitor
  • 31. SELO REMOTO Aplicação: a) O fluído do processo for corrosivo ao dispositivo de medição; b) O fluído for um gás com possibilidade de condensação por di- minuição de temperatura, quando for aplicado ao dispositivo de medição, ex: vapor d’água; c) O fluído for um líquido com sólidos em suspensão; d) O fluído for um líquido pastoso; e) O fluído tender a cristalizar-se com variações de temperatura ao ser aplicado ao dispositivo de medição; f) O fluído não puder permanecer parado no dispositivo de medição, ex: medicamentos, leite etc;
  • 32. CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica SELO REMOTO Instalação: Tomadas de Impulso GÁS LÍQUIDO VAPOR
  • 33. CTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação BásicaCTS – © 1996 – 2005 Smar Instrumentação Básica • SISTEMAS DE SELAGEM SELO DE LÍQUIDO SELO DE AR
  • 34. Diafragma Isolador Corpo Tubo Capilar Corpo Diafragma Isolador Fluído de Enchimento Armadura do tubo Capilar SELO VOLUMÉTRICO
  • 35. DRENO/PURGA (SANGRIA) LD301 Posição Superior (Aplicações em Líquido / Multifase) Posição Inferior (Aplicações em Gás ) A POSIÇÃO DO DRENO PODE SER MUDADA, GIRANDO O FLANGE 180O