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Grupo: Deberton Moura
Gustavo Oliveira
Heloisa Oliveira
Paola Brito
Sforah Silva
Instrumentao Industrial
Medidores de Nvel
Medidores de Nvel
Definio de nvel:
Nvel a altura do contedo de um reservatrio.
Medidores de Nvel - Importncia
Nvel Importante varivel dos processos industriais;
Mantm segurana de determinados sistemas;
Balanos de materiais;
Avaliar o volume estocado;
Controle do enchimento e esvaziamento de tanque
operados em bateladas;
Preveno de transbordamento;
Medidores de Nvel - Classificao
Medio Direta: Medio em que tomada como referncia
a posio do plano superior da substncia medida;
Medio Indireta: O nvel medido indiretamente em
funo de grandezas fsicas (presso, empuxo, radiao ...) a
ele relacionadas;
Medio Descontnua: Fornecem indicao apenas quando o
nvel atinge certos pontos desejados, como, por exemplo, em
sistemas de alarme e segurana;
MEDIDORES DIRETOS DE NVEL
Medidores diretos de nvel
Medidor de nvel tipo rgua ou gabarito
Determinao do nvel
feita atravs da leitura
direta do comprimento
da rgua molhada pelo
lquido;
Baixa preciso;
Baixo custo;
Figura 1 Fita Graduada e Prumo
Medidores diretos de nvel
Visores de Nvel
Tubo transparente colocado da base do reservatrio at o
seu topo;
Permitem leitura precisa no nvel mesmo em altas presses;
Baixo custo;
Fcil manuteno;
Seus tipos variam de acordo com a aplicao, podendo ser do
tipo tubular, de vidro plano, magnticos e os especiais para
uso em caldeiras;
Aplicados exclusivamente a lquidos;
Medidores diretos de nvel
Visores de Vidro Tubular:
Fabricados com tubos de vidro retos com paredes de espessuras adequada a cada aplicao. Estes tubos so fixados entre duas vlvulas de bloqueio de desenho especial atravs de unio e juntas de vedao apropriadas a cada especificao de projetos. Comprimento e dimetro so particulares a cada aplicao.
No utilizados com lquidos txicos, inflamveis ou corrosivos;
Fragilidade No suportam altas temperaturas e presses;
Baixa segurana; Figura 2 Visor tubular.
Medidores diretos de nvel
Visores de Vidro Plano:
Mais seguros que visores tubulares;
Representam cerca de 90% das aplicaes de visores de nvel em plantas industriais;
Compostos de um ou vrios mdulos onde se fixam barras planas de vidro conhecidos como sees;
Cada seo apresenta uma altura variando de 100 a 350 mm dependendo do desnvel a ser medido;
Recomenda-se ter no mximo 4 sees segurana;
Figura 3 Visor de vidro plano com 3
sees
Medidores diretos de nvel
Medidor de Nvel tipo Flutuador:
- Interno;
- Externo;
- Livre;
Medidores diretos de nvel
Medidor de Nvel com flutuador interno
Dispositivo esfrico colocado a flutuar no tanque e seu movimento vertical convertido pela alavanca em movimento rotativo para um indicador externo.A rotao da alavanca produz uma indicao direta ou acima um contato magntico.
normalmente usado quando grande resistncia presso desejada. Usado em tanques abertos
Figura 4 Medidor de Nvel com flutuador
interno.4
Medidores diretos de nvel
Medidor de nvel com flutuador externo
Neste medidor o flutuador colocado em uma cmara montada do lado de fora do tanque. Conforme varia o nvel do flutuador movimenta-se verticalmente.
Este por sua vez transmite esta variao ao elemento indicador atravs de um sistema de alavancas;
menos afetado por oscilaes na superfcie do lquido que o medidor de nvel interno;
Figura 5 Medidor de nvel com flutuador
externo. 5
Medidores diretos de nvel
Medidor de nvel tipo
flutuador livre
Indica a variao do nvel do
lquido atravs do movimento
ascendente e descendente do
flutuador ligado por meio de
uma fita metlica ou corrente a
um peso. O deslocamento do
flutuador de utilizao deste
medidor de aproximadamente
de 0 a 30m.
Figura 6 Medidor de nvel tipo
flutuador livre. 6
MEDIDORES INDIRETOS DE NVEL
Medidores indiretos de nvel
Na medio indireta, o nvel medido indiretamente em
funo de grandezas fsicas a ele relacionadas como:
Presso;
Empuxo;
Propriedades eltricas;
Medidores Indiretos de Nvel por empuxo
Este medidor de nvel provido de um detector que utiliza Princpio
de Arquimedes, citado abaixo:
Um corpo imerso em um lquido sofre a ao de uma fora vertical
dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do lquido
deslocado.
Tal fora denominada Empuxo, que diretamente proporcional a
densidade do fluido.
Medidores de nvel por empuxo
Um exemplo desta categoria o Deslocador(Displacer), que
utilizado como sensor de transmissores de nvel e tem a forma de
um cilindro oco;
Pode ser fabricado pelos seguintes materiais:
Ao inox 304 ou 316,
Monel,
Hastelloy;
Tefflon;
A escolha do material adequado determinada principalmente
pela temperatura e poder corrosivo do fluido;
Deslocador(Disclamer)
No interior do cilindro, se necessrio, so depositados contrapesos granulados, a fim de ajustar o peso do deslocador;
O empuxo aumenta com o percentual de imerso, assim tem-se que o
peso aparente do deslocador se reduz com o aumento do nvel;
Tipos de Deslocadores A faixa de medio varia de acordo com a aplicao;
A faixa comercializada de 5000mm,sendo que a preciso varia de
acordo com o fabricante;
Figura 7 Exemplo de deslocador.7
Medio de nvel por presso hidrosttica
Neste tipo de medio usa-se a presso exercida pela altura da coluna
lquida, para medir indiretamente o nvel, como mostra a seguir o Teorema de Stevin:
P=h.d
Onde:
P: presso;
h: nvel em mm ou polegadas;
d: densidade relativa do lquido na temperatura ambiente;
Essa tcnica permite que a medio seja feita independente do formato do tanque, seja ele aberto, seja pressurizado;
Medio de nvel por presso hidrosttica
Neste tipo de medio, utiliza-se um transmissor de presso diferencial
cuja cpsula sensora dividida em duas cmaras: a de alta (H) e a de
baixa presso (L);
Este transmissor de nvel mede a presso diferencial, subtraindo-se a
presso da cmara alta (H) da cmara baixa ;
Figura 8:Medidor de nvel por presso hidrosttica em tanque externo.8
Medio de nvel por presso hidrosttica
Para medio em tanques pressurizados, 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;
Borbulhador
utilizado para medies de:
Nvel de lquidos viscosos;
Nvel de lquidos Corrosivos;
Medir nvel a distncia;
Figura9:Esquema de funcionamento
do borbulhador. 9
Borbulhador
Figura 11: Borbulhadores. 11 Figura 10 - Esquema Borbulhadores 10
Borbulhador
Necessita de um suprimento de ar
ou gs, e uma presso ligeiramente
superior que a mxima presso
hidrosttica exercida pelo lquido;
Este valor normalmente ajustado
para aproximadamente 20% a mais
que a mxima presso hidrosttica
exercida pelo lquido;
Ajustamos a vazo de ar ou gs at
que se observe a formao de
bolhas em pequenas quantidades;
Figura 12: Tanque com borbulhador. 12
Borbulhador O sistema borbulhador engloba uma vlvula agulha, um recipiente com lquido
na qual o ar ou gs passar pelo mesmo e um indicador de presso;
Um tubo levar esta vazo de ar ou gs at o fundo do vaso a qual queremos
medir seu nvel, teremos ento um borbulhamento bem sensvel de ar ou gs
no lquido o qual queremos medir o nvel ;
Na tubulao pela qual fluir o ar ou gs, instalamos um indicador de presso
que indicar um valor equivalente a presso devido ao peso da coluna lquida;
Medio de nvel por Capacitncia
A capacitncia uma grandeza eltrica que existe entre duas superfcies condutoras isoladas entre si;
A capacidade do conjunto depende do nvel do lquido;
medida que o nvel do tanque for aumentando, o valor da capacitncia aumenta progressivamente devido ao dieltrico ar ser substitudo pelo dieltrico lquido;
Figura 13: Esquema de
funcionamento de Capacitor. 13
Medidor de nvel por Capacitncia
Aplicaes :
Monitoramento contnuo do nvel de tanques, reservatrios ou silos,;
Vrios tipos de lquidos condutivos ou no, tais como gua, leo, slidos, meios pastosos, corrosivos entre outros;
Slidos como ps e granulados com constante dieltrica relativa > 2 ;
Vantagens
Longa durao e baixa necessidade de manuteno atravs da construo mecnica robusta;
No possui partes mveis;
Estrutura compacta e resistente;
Instalao simples e econmica;
Opera em temperaturas e presses altas;
Medio de nvel por ultra-som
O ultra-som consiste em uma onda sonora cuja frequncia de oscilao
maior que aquela sensvel pelo ouvido humano, ou seja, acima de 20
Khz;
A propagao do ultra-som depende, portanto, do meio (slido, lquido
ou gasoso);
A velocidade do som a base para a medio atravs da tcnica de eco,
usada nos dispositivos ultra-snicos;
Medio de nvel por ultra-som
O tempo de trnsito tomada para receber o impulso refletido medido
pelo dispositivo eletrnico
d = Velocidade do som * tempo
Nvel h = L- d
Diferentes opes de materiais para o transdutor (para compatibilidade
qumica);
Diferentes sadas (rels, 4-20 mA a 2 ou 4 fios, RS485 ou Hart);
Diferentes verses para reas classificadas, verses para montagem
remota ou integral alm de poderem efetuar a indicao de volume e
funes de controle ou alarme de nvel;
Medio de nvel por ultra-som Vantagens:
Baixo custo;
No-contato;
Altamente fivel para a medio de slidos e, pode ser utilizado sem quaisquer
restries abertos ou fechados;
Desvantagens:
Se o silo alimentado pneumaticamente, a poeira pode impedir um sinal de
retorno para o sensor;
Materiais de alta temperatura podem mudar a velocidade de transmisso,
acarretando problemas de preciso;
O eco material tambm apresenta um desafio; superfcies inclinadas pode
causar reflexo indireto levando a fraca e / ou ecos de diviso.;
Medio de nvel por ultra-som
Figuras 14-15:Medidores por ultra-
som. 14 15
Medio de nvel por radar
O radar possui uma antena cnica que emite pulsos eletromagnticos de alta
frequncia superfcie a ser detectada.;
A distncia entre a antena e a superfcie a ser medida ser ento calculada em
funo do tempo de atraso entre a emisso e a recepo do sinal;
Essa tcnica pode ser aplicada com sucesso na medio de nvel de lquidos e
slidos em geral;
A grande vantagem deste tipo de medidor em relao ao ultrassnico a
imunidade efeitos provocados por gases, p, e espuma entre a superfcie e o
detector;
Medio por laser
Semelhante a medio por ultra som e por radar;
Pode ser usado fora do tanque, caso haja uma janela de vidro;
Medio por radiao
Os sistemas radiamticos so utilizados para medio de nvel de lquidos,
polpas ou slidos granulados em aplicaes onde nenhuma outra tecnologia
disponvel pode ser aplicada.
Esses sistemas consistem de uma fonte de emisso de raio gama (), um detector tipo cmara de ionizao ou cintilao e uma unidade eletrnica
conversora e transmissora de sinal.
Medio por radiao
Vantagens:
Baixo Custo de Manuteno e Alta Confiabilidade ;
Tcnica no invasiva ;
Nenhuma exposio corroso, a alta presso, ou condies abrasivas ou
a processo de altas temperaturas;
Detectores sem partes mveis evitam problemas de desgaste, corroso
ou falhas mecnicas no processo ;
Medidas por radiaes nucleares provaram ser viveis ao longo do tempo
em milhares de aplicaes;
Medio por radiao
Desvantagens:
Alto custo;
O uso de uma fonte de radiao nuclear exige licenciamento, bem como um
profissional conhecedor de segurana nuclear .
A fonte ir se deteriorar ao longo do tempo e, eventualmente, precisar de
eliminao e substituio, processo rigoroso e caro.
Medio por radiao
Figura 16: Esquema de medidores
por radiao.16
Medio de nvel por pesagem
A medio de nvel por pesagem consiste basicamente na instalao de
clulas de cargas nas bases de sustentao do silo cujo nvel se deseja
medir.
Clula de carga um sensor constitudo por fitas extensiomtricas
(STRAIN-GAUGES) fixados adequadamente em um bloco de ao
especial com dimenses calculadas para apresentar uma deformao
elstica e linear quando submetido a uma fora. Essa deformao
detectada pelas fitas extensiomtricas atravs da variao de sua
resistncia eltrica.
Medio de nvel por pesagem
As clulas de carga podem ser
instaladas sob os pontos de apoio
da estrutura do silo, de tal forma
que o seu peso nelas aplicado.
Para silos pequenos podem ser
usadas clulas de carga que so
deformadas por trao, sendo
neste caso o silo suspenso por
uma nica clula, eliminando-se o
problema de distribuio de carga.
Figura 17: Medidor por pesagem. 17
Medidores de Nvel Descontnuos
Figura 18 Medidor Descontnuo tipo Contnuo 18 Figura 19 Medidor Descontnuo tipo Bia. 19
So escolhidos de acordo com a sensibilidade, tipo de fluido, caractersticas operacionais,
instalao e custo.
APLICAES
Nvel Altura do contedo de um reservatrio
Comprimento [m] [ft] [in]
Volume [m3] [l] [ft3] [in3]
Massa [kg] [lb]
Unidades de medida
Aplicaes
Uso de sensor de nvel em reservatrio de leite;
Uso de sensor de nvel na indstria farmacutica: medio e
mistura de matrias-primas;
Uso de chave de nvel para proteo contra transbordo em
silos de gros, por exemplo, em cervejarias;
Aplicaes
Uso de chave de nvel na indstria automobilstica;
reservatrios de tinta;
Uso de chave de nvel na automao predial, conduta de
alimentao de bomba;
Uso de sensor de nvel em rios, alertas de enchente;
Medio de nvel em caldeira
Controle do nvel de gua no tubulo de uma caldeira de
vapor:
Eficincia econmica
Eficincia operacional
Segurana
Medio de nvel em caldeira
Nvel ideal de um tubulo: 50%
Maior rea de superficie de gua em ebulio
Nvel baixo: superaquecimento
Limitaes e riscos
Medio de nvel em caldeira
Mtodos hidrostticos e sistemas de bia
- Altos custos operacionais
- Indisponibilidade frequente da caldeira
- Consequente perda de eficincia
- Erros: dependncia da densidade
- Alterao via cculos temperatura x densidade
- Start-up: frequentes calibraes
Medio de nvel em caldeira
Figura 20: Influncia da densidade da gua na medio hidrosttica. 20
Medio de nvel em caldeira
Medio direta em distncia
- Sem dependncia das caractersticas fsicas do meio
- Medio por microondas guiadas
- Ondas eletromagnticas e a constante dieltrica
- Presena de gua e vapor e o efeito fase gasosa
- Variaes menores que mtodos hidrostticos ou bias
Medio de nvel em caldeira
Figura 21: Medio do nvel no tubulo diretamente pela distncia. 21
Medio de nvel em caldeira
Figura 22: Medio direta em distncia com compensao em fase gasosa22
Medio de nvel em caldeira
Figura 23: Comparao dos desvios de cada tecnologia. 23
PRINCIPAIS FABRICANTES
Escolha do Produto
A escolha do medidor de nvel analisada a partir das
seguintes variveis:
Exatido;
Custo;
Calibrao;
Instalao;
Manuteno;
Figura 24 Medidor de nvel Drexelbrook. 24
Fabricantes
Algumas empresas que produzem medidores de nvel so:
Ametek Drexelbrook;
Flowline;
SolidAT;
Dwyler;
Conaut;
Contech.
Ametek Drexelbrook
Lder em tecnologia de medida de nvel.
USonic Series:
Ultrassnico.
Alimentao: 19-30VDC;
Sinal de Sada: 2 fios, 4-20mA;
Resistncia Mxima do Circuito: 600 com tenso de 24VDC;
Modo de sada: Nvel, Fluxo, Volume, Distncia;
Faixa de Medida: 0,3-9,1m;
Preciso: 0,15% ou 5mm;
Faixa de Temperatura: -40C-70C;
Fail-Safe: 3,7mA and 22mA.
Figura 25 Medidor de Nvel
Drexelbrook USonic. 25
Flowline
FloaTek Float Level Transmitter:
Contato Direto;
Instalao no topo do equipamento;
Ao Inoxidvel;
Sinal de Sada: 4-20mA;
Alcance: 2m;
Temperatura Mxima: 85C;
Presso Mxima: 13,8bar.
Melhor utilizao: gua, leos leves e produtos
qumicos diludos.
Figura 26 Medidor de Nvel FloaTek Float. 26
SolidAT
SmartScan50 De lder para todas as aplicaes:
Ultrassnico;
Aplicaes: Lquidos, Slidos, Fluxo de Canal
Aberto, Volume;
Alimentao: 18-30VCC ou 100-230VAC;
Sinal de Sada: 4 fios, 4-20mA;
Faixa de Medida: 0,40-12,0m;
Preciso: 0,25% da faixa de medida;
Faixa de Temperatura: -40C-90C;
Modelos para Zona 1 Ex Disponveis.
Figura 27 Medidor de Nvel
SmartScan 50. 27
Dwyler
Empresa Nacional;
Modelo DLT:
Aplica em materiais lquidos e slidos, condutores ou isolantes;
Alimentao: 115-230VAC;
Sinal de Sada: 4-20mA;
Presso mxima: 100kgf/cm;
Resistncia Mxima do Circuito:300;
Faixa de Medida: 0,0025-60m;
Faixa de Temperatura: -20C-71C.
Figura 28 Medidor de Nvel
DLT. 28
Contech
Empresa Nacional;
Visor Indicador de Nvel Magntico Metlico de
Alta Presso
Mltiplas Opes de Montagem;
Sensor em vrios tipos de material;
Baixa Manuteno;
Alta Resistncia a Produtos qumicos;
Feito de ao inoxidvel;
Temperatura Mxima: 200C;
Presso Mxima: 100kgf/cm;
Distancia entre tomadas: 0,15 at 5,80 m. Figura 29 Visor Indicador de Nvel Magntico 29
PRINCIPAIS AVANOS TECNOLGICOS
Principais Avanos Tecnolgicos
Indicador de Nvel atravs do Empuxo
244LD - Transmissor Inteligente de Empuxo com Tubo de Torque e
Deslocador para Medio de Nvel
Figura 30 - Indicador de Nvel atravs do
Empuxo. 30
Principais Avanos Tecnolgicos
Transmissor de presso diferencial Quando a densidade do fluido conhecida e no varia
Teorema de Stevin(presso hidrosttica): 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.
Quando a densidade do fluido varia com a temperatura
RD400 Transmissor de Nvel com Radar de Onda Guiada, tecnologia
baseada na Reflectometria no Domnio do Tempo(TDR).
RD400
Figura 31 Transmissor de
Nvel com Radar de Onda
Guiada . 31
Principais Avanos Tecnolgicos
Medio de Nvel Atravs de Sensor de Borbulhador
Sensor de Nvel Borbulhador - QHB101
Medidor pneumtico;
Ele robusto, sem sensor e eletrnica instalados dentro d'gua;
mini compressor bombeia ar atravs do tubo de presso em intervalos ajustveis;
A presso do tubo medida usando um preciso sensor no QHB101, medindo o nvel
da gua naquele momento;
A operao peridica do QHB101 possibilita uso de painel solar;
Figura 32 Sensor de Nvel Borbulhador 32
Principais Avanos Tecnolgicos
Medio de Nvel Atravs de Capacitncia Eletrosttica
Medidor de Nvel para Lquidos e Slidos - Modelo MASSPOINT CL
Estabilidade variao de umidade, temperatura e presso;
Imunidade incrustaes no sensor, mesmo com produtos condutivos;
Imunidade agitao na superfcie do fludo;
Opera em produtos altamente isolantes e altamente condutivos;
Opera em slidos e lquidos; Figura 33 Medidor de Nvel para
Lquidos e Slidos. 33
Principais Avanos Tecnolgicos
Medio de Nvel Transmissor Ultrasnico
Sensor de Nvel IP68
Eliminao de rudos ou ecos falsos;
Monitoramento de at 15 taques;
Utilizado para medir nvel de lagoas, reatores e at esgoto;
Sistema de comunicao de alta tecnologia HART, RS485 (ModBus);
Alta resistncia presso e temperatura;
Figura 34 Sensor de Nvel IP68 34
Referncias Bibliogrficas Figuras 1 2 3 4 5 e 6 Disponvel em :
http://www.faculdadedavilamatilde.com.br/publicacoes/Apostila%20%20%20%20%20%20N%C3%ADvel_1_15.pdf - Acesso 20/01/2014
7 8 9 10 11 12 Disponvel em: http://www.professores.uff.br/controledeprocessos-eq/images/stories/Aula06_Instrument-Nivel.pdf Acesso em 21/01/2014
13 14 15 16 17 18 19 Disponvel em http://aiecp.files.wordpress.com/2012/07/3-2-pc3b3s-pucpr-3-medic3a7c3a3o-de-nc3advel.pdf Acesso em 19/01/2014
20 21 22 Disponvel em: http://www.br.endress.com/eh/sc/america/br/pt/resourceadditional.nsf/imgref/Download_Medi%C3%A7%C3%A3o%20de%20N%C3%ADvel%20em%20Caldeiras.pdf/$FILE/Medi%C3%A7%C3%A3o%20de%20N%C3%ADvel%20em%20Caldeiras.pdf Acesso em 20/01/2014
23 Disponvel em http://www.profibus.org.br/artigos/Medicao+de+nivel+em+tanques+pela+pressao+diferencial.html Acesso em 20/01/2014
24 25 Disponvel em : http://www.drexelbrook.com/Continuous-Level-Measurement/Ultrasonic-Level-Measurement/USonic.aspx Acesso em 20/01/2014
Referncias Bibliogrficas 26 Disponvel em: http://www.solidat.com/Products/products-pt.htm Acesso em
23/01/2014
27 Disponvel em: http://catalogo.dwyler.com.br/product/medidores-de-nivel/edidor-de-
nivel-para-liquidos-e-solidos-modelo-dlt Acesso em 20/01/2014
28 Disponvel em: http://catalogo.dwyler.com.br/product/medidores-de-nivel/edidor-de-
nivel-para-liquidos-e-solidos-modelo-dlt Acesso em 24/01/2014
29 Disponvel em: http://www.contechind.com.br/catalogos/visor-indicador-de-nivel-
magnetico.pdf Acesso em 20/01/2014
30 31 32 33 34 Disponvel em: http://www.nivetec.com.br/docs/catalogo_geral.pdf Acesso
em 21/01/2014
Referncias Bibliogrficas Textos:
http://www.smar.com/newsletter/marketing/index39.html Acesso em 20/01/2014
http://www.dca.ufrn.br/~acari/Sistemas%20de%20Medida/SLIDES%20INSTRUM
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http://www.faculdadedavilamatilde.com.br/publicacoes/Apostila%20%20%20%20
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http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/instrumentacao_basica.p
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http://www.instrumentoslince.com.br/pdf/Lince%20_%20Linha%20Nuclear%20_
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http://www.hobeco.net/F_Estacoes_Hidro.html Acesso em 21/01/2014
http://catalogo.dwyler.com.br/product/medidores-de-nivel/-nivel-para-liquidos-e-
solidos-modelo-masspoint-cl? Acesso em 25/01/2014
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