Guia de pontos de seleção para instrumentos de medição de nível

Os instrumentos de medição de nível são instrumentos de automação industrial que medem o nível e a altura de carregamento de materiais líquidos e em pó.

A medição de grumos, partículas, pós e outros materiais sólidos, como a altura de acumulação ou a posição do instrumento na superfície, é chamada de medidor de nível de material; a medição de tanques, torres, reservatórios e outros recipientes com líquidos dentro, na altura ou na posição do instrumento na superfície do líquido, é chamada de medidor de nível de líquido; a medição de recipientes com dois líquidos insolúveis ou com sólidos e líquidos na interface de fase é conhecida como medidor de interface de fase. Então, como escolher o medidor de nível correto? Hoje, apresentaremos as questões específicas da seleção de instrumentos de medição de nível. Vamos entender juntos!

Princípios Gerais

1) Deve ter um conhecimento profundo das condições do processo, da natureza do meio medido e dos requisitos do sistema de medição e controle, a fim de fazer uma avaliação completa do desempenho técnico e dos efeitos econômicos do instrumento, para que ele possa desempenhar um papel adequado na garantia da estabilidade da produção, na melhoria da qualidade do produto e no aumento dos benefícios econômicos.

2) Para medições de nível de líquido e interface, devem ser utilizados instrumentos de pressão diferencial, instrumentos de flutuador e instrumentos de medição de nível por flutuador. Quando esses requisitos não forem atendidos, podem ser utilizados instrumentos capacitivos, resistivos (contato elétrico) ou de onda acústica. A medição da superfície do material deve ser baseada no tamanho das partículas, no ângulo de repouso, na condutividade, na estrutura do silo e nos requisitos de medição.

3) A estrutura e o material do instrumento devem ser escolhidos com base nas características do meio medido. As principais considerações são pressão, temperatura, corrosividade, condutividade elétrica; a existência de polimerização, viscosidade, precipitação, cristalização, formação de película, gaseificação, formação de bolhas e outros fenômenos; densidade e variações de densidade; a quantidade de matéria em suspensão presente no líquido; o grau de perturbação da superfície do líquido e o tamanho das partículas dos materiais sólidos.

4) O modo de exibição e a função do instrumento devem ser determinados de acordo com os requisitos de operação do processo e a composição do sistema. Quando houver necessidade de transmissão de sinal, pode-se optar por um instrumento com função de saída de sinal analógico ou digital.

5) A faixa de medição do instrumento deve ser baseada na necessidade real de exibir a faixa de objetos do processo ou na faixa real de variação a ser determinada. Além da medição volumétrica para instrumentação de nível, o nível normal deve estar, em geral, na faixa de medição do instrumento em torno de 50%.

6) A precisão da instrumentação deve ser selecionada de acordo com os requisitos do processo, mas para medições volumétricas de nível, o nível de precisão deve ser superior a 0,5.

7) Para gases combustíveis, vapores, poeiras combustíveis e outras áreas com risco de explosão, onde se encontram os instrumentos eletrônicos de medição de nível, deve-se determinar, de acordo com a categoria do local e o grau de perigo do meio medido, a estrutura à prova de explosão apropriada ou tomar outras medidas de proteção.

8) Para gases corrosivos, poeira perigosa e outros locais com instrumentos de nível eletrônico, deve-se utilizar, de acordo com as condições ambientais, o tipo de proteção da carcaça apropriado.

Seleção de instrumentos de medição de nível de líquido e interface

1. Instrumento de Medição de Pressão Diferencial

Para medições contínuas de nível de líquidos, instrumentos de pressão diferencial são preferíveis. Para medições em interfaces, instrumentos de pressão diferencial podem ser utilizados, mas o nível total do líquido deve sempre ser superior ao da porta de pressão superior. Para medições que exigem alta precisão, o sistema de medição precisa ser mais complexo e preciso, o que é difícil de alcançar com instrumentos analógicos convencionais. Nesses casos, pode-se utilizar instrumentos de transmissão inteligente de pressão diferencial, cuja precisão é superior a 0,2. Líquidos com densidade que sofrem variações significativas em condições normais de operação não são adequados para a seleção de instrumentos de pressão diferencial. Líquidos corrosivos, cristalinos, viscosos, com alta tendência à vaporização e com sólidos em suspensão devem ser submetidos a instrumentos de pressão diferencial com flange plana. Líquidos altamente cristalinos, de alta viscosidade, gelatinosos e precipitados devem ser submetidos a instrumentos de pressão diferencial com flange de inserção. Acima do nível do fluido medido, se houver grande quantidade de condensado e precipitado na fase gasosa, ou se houver necessidade de isolar o líquido de alta temperatura do transmissor, ou ainda se for necessário purificar rigorosamente o cabeçote de medição ao trocar o fluido medido, pode-se selecionar um instrumento de pressão diferencial com flange dupla. Para líquidos corrosivos, viscosos, cristalinos, fundidos ou precipitados, em casos de medição de nível difícil com instrumentos de pressão diferencial do tipo flange, pode-se utilizar o método de sopro ou lavagem, com manômetros, transdutores de pressão ou transdutores de pressão diferencial comuns. Em temperaturas ambientes, a fase gasosa pode estar condensada, a fase líquida pode estar vaporizada ou pode haver separação entre os fluidos da fase gasosa e líquida. Nesses casos, é difícil utilizar instrumentos de pressão diferencial comuns para a medição com instrumentos de pressão diferencial do tipo flange, deve-se configurar o sistema de acordo com as circunstâncias específicas, com isoladores, separadores, conversores de vapor, vasos de equalização e outros componentes, ou garantir a dissipação de calor na tubulação durante a medição. Ao medir o nível de líquido em panelas de caldeira com um instrumento de pressão diferencial, deve-se utilizar um vaso de equilíbrio de câmara dupla com compensação de temperatura. A instrumentação de pressão diferencial com migração positiva e negativa deve ser considerada na seleção da faixa de medição do instrumento .

2. Instrumento de medição tipo flutuador

Para medições contínuas de nível de líquidos com densidade específica entre 0,5 e 1,5 em faixas de até 2000 mm, e para medições contínuas de nível com diferença de densidade específica entre 0,1 e 0,5 em faixas de até 1200 mm, recomenda-se o uso de instrumentos de medição com flutuador. Para líquidos com vácuo ou que vaporizam facilmente, deve-se utilizar instrumentos com flutuador. A indicação ou ajuste de nível in situ em instrumentos com flutuador pneumático é preferível. Para líquidos limpos, o uso de instrumentos com flutuador é obrigatório. Na seleção de instrumentos com flutuador, quando a precisão exigida é alta e o sinal requer transmissão remota, recomenda-se o tipo de equilíbrio de força; quando a precisão exigida não é alta e a indicação ou ajuste é in situ, pode-se utilizar o tipo de deslocamento. Para medição de nível em tanques de armazenamento abertos, recomenda-se o uso de flutuador interno; para líquidos que não cristalizam ou são viscosos na temperatura de operação, mas podem cristalizar ou ser viscosos à temperatura ambiente, também é apropriado o uso de flutuador interno. Para equipamentos de processo que não permitem parada, o flutuador interno não deve ser selecionado, mas sim o flutuador externo. Para líquidos altamente viscosos, cristalinos ou de alta temperatura, o flutuador externo também não deve ser selecionado. Em instrumentos de flutuador interno instalados em recipientes com grande perturbação do líquido, recomenda-se a instalação de uma carcaça lisa para evitar o impacto da perturbação. Para instrumentos de flutuador elétrico com flutuações de nível frequentes, o sinal de saída deve ser amortecido.

3. Instrumentos de medição do tipo flutuador

Para medição contínua e volumétrica do nível de líquidos limpos em grandes tanques, bem como para medição pontual do nível e da interface de líquidos limpos em todos os tipos de tanques, devem ser utilizados instrumentos de nível tipo flutuador. Líquidos sujos, assim como líquidos congelados à temperatura ambiente, não devem ser submetidos a instrumentos de nível tipo flutuador. Medições contínuas de líquidos viscosos e medições multiponto também não devem ser realizadas com instrumentos de nível tipo flutuador. Em instrumentos de nível tipo flutuador para medição de interface, a densidade específica dos dois líquidos deve ser constante e a diferença entre elas não deve ser inferior a 0,2. Instrumentos de nível tipo flutuador interno para medição do nível de líquidos em grandes tanques de armazenamento devem ser equipados com dispositivos de guia para evitar a deriva do flutuador; para evitar que o flutuador seja afetado por perturbações no nível do líquido, deve-se adicionar uma carcaça lisa. Para medição contínua do nível ou volume de líquidos em grandes tanques de armazenamento, sejam eles tanques individuais ou múltiplos com alta exigência de precisão de medição, é apropriado utilizar medidores de nível fotocondutores; para requisitos gerais de precisão de medição em tanques individuais, medidores de nível tipo flutuador com correia de aço podem ser utilizados. Para medições contínuas de alta precisão do nível, interface, volume e qualidade de líquidos em um único tanque de armazenamento ou em múltiplos tanques, deve-se selecionar um sistema de medição específico para tanques. Para tanques de armazenamento abertos, incluindo aqueles com líquidos corrosivos, tóxicos e outros líquidos perigosos, é apropriado utilizar medidores de nível com flutuador magnético. Já para líquidos viscosos, recomenda-se o uso de controladores de nível com flutuador de alavanca.

4. Instrumentos de medição acústica

Para medições de nível de líquidos corrosivos, altamente viscosos, tóxicos e outros líquidos com instrumentação convencional, é difícil utilizar instrumentos acústicos. O modelo e o tipo de instrumentação acústica devem ser determinados de acordo com as características do meio medido e outros fatores. A instrumentação acústica deve ser projetada para refletir e propagar as ondas sonoras no recipiente a ser medido, não devendo ser utilizada em recipientes a vácuo. Também não deve ser utilizada para líquidos contendo bolhas de gás ou partículas sólidas. A presença de obstáculos internos que afetem a propagação das ondas sonoras no recipiente também contraindica o uso de instrumentação acústica. Para medições contínuas de nível com instrumentação acústica, caso haja variações significativas na temperatura ou composição do líquido medido, deve-se considerar a compensação das variações na velocidade de propagação da onda sonora para melhorar a precisão da medição. O cabo entre o detector e o conversor deve ser blindado ou deve-se considerar o uso de medidas anti-interferência eletromagnética.

5. Instrumentos de medição a laser

Para a medição contínua do nível de líquidos em recipientes com estruturas complexas ou obstáculos mecânicos, bem como em recipientes de difícil instalação por métodos convencionais, devem ser utilizados instrumentos de medição a laser. Para líquidos completamente transparentes e sem reflexão, não é possível utilizar instrumentos de medição a laser.

Seleção de instrumentos de medição de superfície de materiais

1. Instrumento de medição capacitiva　　

Para materiais granulares e em pó, como carvão, monômero plástico, fertilizantes, areia e outros, a medição contínua da superfície e a medição por contato são apropriadas para instrumentos de medição capacitivos. O cabo de extensão do detector deve ser blindado ou deve-se considerar o uso de medidas anti-interferência eletromagnética.

2. Instrumento de medição sônica

Para medições de nível em silos pequenos, com ou sem vibração, e em funis com partículas de até 10 mm, pode-se optar por um medidor de nível tipo diapasão. Para medições de nível em materiais pulverulentos com partículas de até 5 mm, deve-se utilizar um medidor de nível ultrassônico com bloqueio de som. Para materiais micropulverulentos, que requerem medição contínua da superfície e do nível, é apropriado utilizar um medidor de nível ultrassônico refletivo. Medidores de nível ultrassônicos refletivos não devem ser utilizados em silos ou funis cheios de poeira, nem em superfícies irregulares.

3. Instrumentos de medição resistivos (por contato elétrico)　　

Para medições em superfícies com boa ou má condutividade, mas que contenham água, como carvão, coque e outros materiais granulares e pulverulentos, pode-se optar por um instrumento de medição resistivo. É imprescindível que os valores de resistência entre o eletrodo e o terra atendam às especificações do produto para garantir a confiabilidade e a sensibilidade da medição.

4. Instrumento de medição a laser

Para a medição contínua da superfície de materiais em recipientes com estruturas complexas ou obstáculos mecânicos, bem como em recipientes de difícil instalação por métodos convencionais, devem ser utilizados instrumentos de medição a laser. Em materiais não refletivos e completamente transparentes, não é possível utilizar instrumentos de medição a laser.

5. Instrumento de medição rotativo

Para materiais com baixa pressão de suporte, sem pressão pulsante no silo ou funil, e com densidade igual ou superior a 0,2, como materiais granulares e pulverulentos, pode-se optar por um instrumento de medição rotativo. O tamanho do rotor deve ser selecionado de acordo com a densidade específica do material. Para evitar que o impacto do material no rotor cause mau funcionamento do instrumento, deve-se instalar uma placa de proteção sobre o rotor.

6. Instrumento de medição tipo diafragma

Para medições de nível de materiais granulares ou em pó em silos e funis, do tipo bitola, pode-se optar por um instrumento de medição do tipo diafragma. Devido à ação do diafragma ser suscetível à influência da aderência do pó e da pressão do fluxo, ele não é adequado para aplicações que exigem alta precisão.

7. Instrumento de medição de micro-ondas

Para medições em altas temperaturas, com materiais granulares de grande porte, que apresentam alta adesão, corrosividade ou toxicidade, e para medições contínuas do nível da superfície, é apropriado o uso de instrumentos de medição por micro-ondas. Não são adequados para medições em superfícies irregulares.

8. Instrumento de medição tipo martelo pesado

Para a medição contínua do nível de materiais em silos de grande porte, armazéns a granel e contêineres abertos ou fechados sem pressão, com ampla variação de tamanho, e considerando a presença de materiais granulares, pulverulentos e aderentes na superfície, recomenda-se o uso de um instrumento de medição de impacto pesado. O formato do martelo deve ser selecionado de acordo com o tamanho do material, o grau de secura e umidade, entre outros fatores. Para a medição do nível de materiais em silos e contêineres com forte dispersão de poeira, recomenda-se o uso de um instrumento de medição de impacto pesado com dispositivo de sopro.