Sensores de Nível e Capacidade

1. Sensores de Nível e Capacidade Helder Anibal Hermini

2. Tópicos Abordados • Conceitos • Introdução • Características • Tipos de Medição de Nível • Vantagens • Desvantagens • Dados Técnicos • Aplicações • Funcionamento

3. Introdução • Basicamente qualquer tipo de automação, indiferente do ramo de atividade, pode realizar: • Detecção • Transferência • Avaliação de sinais.

4. Introdução • A medição do nível é bastante importante para a maioria dos processos industriais,  nomeadamente para  processos relacionados com: • A proteção ambiental • Com a segurança de uma fábrica • Com a qualidade dos produtos, etc.

5. Introdução • Os dispositivos de medida de nível medem : • A posição  da superfície do líquido sobre um ponto de referência • A altura hidrostática criada pelo líquido cuja superfície se deseja conhecer.

6. Introdução • A medição de nível, embora tenha conceituação simples, requer por vezes artifícios e técnicas apuradas. • O nível é uma variável importante na indústria não somente para a operação do próprio processo, mas também para fins de cálculo de custo e de inventário. • Os sistemas de medição de nível variam em complexidade desde simples visores para leituras locais até indicação remota, registro ou controle automático.

7. Introdução • Na indústria se requer medições tanto de nível de líquidos como de sólidos. • Para facilitar a compreensão costuma-se definir nível, como sendo a altura do conteúdo de um reservatório, que poderá ser um líquido ou um sólido.

8. Tipos de Medição de Nível • Medição Direta É a medição que se faz tendo como referência a posição do plano superior da substância medida. • Medição Indireta É o tipo de medição que se faz para determinar o nível em função de uma segunda variável.

9. Tipos de Medição de Nível Medição direta: • Indicador do tipo gancho • Visor de vidro • Níveis de flutuador

10. Tipos de Medição de Nível • Medição Indireta: • Pressão • Manômetros de tubo em U • Níveis de borbulhador • Níveis de diafragma • Células de pressão diferencial(DPC) • Impulsão • Níveis de deslocador • Elétricos • Níveis capacitivosDetector de nível condutivoNíveis radioativosNíveis ultrasonicosDetector de nível de lâminas vibrantes

11. Vantagens e Desvantagens dos dois métodos A - Determinação do Nível A preferência será dada às medições diretas, pois o peso específico do líquido a medir varia com o tempo. Nos demais casos usa-se o outro método, de acordo com a medição a efetuar.

12. Vantagens e Desvantagens dos dois métodos B - Determinação do Volume Dá-se preferência às medidas diretas. Conhecendo-se a área da base do reservatório, tem-se: V = S . H onde: V = volume do líquido h = altura do líquido S = área da base do reservatório

13. Tipos de Medidores Nível a serem apresentados • Bóia Magnética • Bóia Lateral • Bóia Pêra • Condutivo • Hidrostático • Ultra-Sônico • Régua-Externa • Yo-Yo • Pá-Rotativa • Capacitivo • Vibratório • SERÁ ABORDADO: • Características • Vantagens • Dados Técnicos • Aplicações

14. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • Bóia Magnética Instrumentos para medição e controle/detecção de nível de líquido em tanques ou reservatórios contendo materiais como: - água,  - produtos  químicos - alimentícios - combustíveis - inflamáveis - outros. DADOS TÉCNICOS -Comprimento da haste : até 3 m -Saída : Contato SPDT (chave) / 4-20 a dois fios (transmissor) -Materiais em contato com o processo : AISI 304, 316 ou PP -Temperatura : até 100 ºC (AISI) / 60 ºC (PP) -Pressão : até 10 kgf/cm2 (AISI) / 3 kgf/cm2 (PP) -Densidade : de 0,75 a 1,5 kg/dm3-Versões para áreas classificadas Apresentando fácil instalação, operação e calibração, não são afetados pela presença de espuma, gases/vapores, mistura de líquidos no processo ou variações de determinadas características do fluido como viscosidade, constante dielétrica ou condutividade. instrumento ideal quando se deseja uma solução de eficiência comprovada e baixo custo.

15. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) Podem ser utilizados com diversos materiais como: - Água, - Produtos químicos, - Combustíveis, - Alimentícios, - Inflamáveis, - Outros. • Bóia Lateral São instrumentos utilizados no controle e detecção de nível de líquidos em tanques ou reservatórios que requerem posição de montagem lateral, seja por: - falta de espaço - devido ao tanque ser muito alto. Apresentam fácil instalação, não necessitando de alimentação elétrica. Dispondo de várias opções de conexões ao processo, versões para áreas classificadas, e utilizáveis em uma ampla faixa de temperatura/pressão, estes instrumentos são soluções de grande versatilidade e confiabilidade. DADOS TÉCNICOS -Diferencial : fixo ou ajustável -Saída : contato SPDT -Materiais em contato com o processo : Aço Inox -Temperatura : -20 a 250 ºC -Pressão : até 25 kgf/cm2 -Densidade : mín. 0,7 kg/dm3 -Versões para áreas classificadas

16. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • Bóia Pêra 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. DADOS TÉCNICOS -Saída : microcontato -NA/NF-Invólucro : PP -Cabo : PVC -Comprimento do cabo : 5 ou 10 m -Temperatura: até 60 ºC -Pressão : até 5 kgf/cm2

17. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • Condutivo Desenvolvidos para aplicações que envolvem o controle/detecção de nível de líquidos condutivos em: - tanques, - reservatórios, - poços profundos - ou locais remotos (via LP), São de fácil instalação, não apresentam partes móveis e portanto, praticamente não necessitam de manutenção constante. Disponíveis em duas versões: - haste rígida - e flexível. • DADOS TÉCNICOS • Montagem : compacta ou remota • Modo de operação : independente ou diferencial • Pontos de controle : até 6 ptos. (remota) / até 2 ptos. (compacta) • Modelos de haste : rígida ou flexível • Saída : relê SPDT • Temperatura : -20 a 150 ºC (*) • Pressão : até 10 kgf/cm2 (*) Aplicações das chaves condutivas • Alarme de nível alto/intermediário/baixo em tanques ou poços artesianos, • controle de dispositivos como bombas/válvulas • controle de nível em caldeiras ou vasos de pressão são aplicações típicas.

18. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) Entre as aplicações típicas encontram-se : - Medição de nível de tanques contendo água, - Líquidos viscosos, - Produtos químicos, - Alimentícios, -Em poços profundos ou locais de difícil acesso e instalação. • Hidrostático Utilizados em aplicações onde é necessário monitorar o nível de líquido continuamente: - tanques, - reservatórios - ou poços artesianos. Não possuem partes móveis e não são afetados por turbulência, espuma, gases/vapores ou por variações de determinadas características do fluido como constante dielétrica ou condutividade. Disponíveis em dois modelos : - pendular - e lateral. • DADOS TÉCNICOS • Faixa de operação : até 200 mca • Precisão : < 0,5%-Saída : 4-20 mA a dois fios • Alimentação : 24 VCC-Material : Aço Inox (*) • Temperatura : até 60 ºC (pendular) / até 100 ºC (lateral) • A versão lateral apresenta haste em aço inox e diafragma cerâmico.

19. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) Versões : compacta e remota. 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), - chips de plástico, - cavaco de madeira, • Ultra-sônico 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. Possibilita o monitoramento de até 8 silos/tanques iguais simultaneamente utilizando 1 controlador e 8 sensores. 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. • DADOS TÉCNICOS • Faixa de medição : até 25 m (líquidos) / até 70 m (sólidos) • Ângulo de incidência : 5 ou 6º (*) • Material do transdutor : PP, PVDF, AISI, PTFE (líquidos) / AISI (sólidos) • Saída (versão compacta) : 4-20 mA ajustável • Saídas (versão remota) : 4-20 mA ajustável , relês ou RS232 ou 485 (opc.) • Precisão : 0.25% do fundo de escala • Temperatura : até 90 ºC (*) • Versões para áreas classificadas

20. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) São instrumentos ideais para tanques externos ou internos onde é necessário uma solução econômica e a visualização do nível a grandes distâncias. • Régua externa Trata-se de um indicador de nível mecânico de baixo custo e simplicidade de operação, Projetado para trabalhar com produtos líquidos. Não necessita de alimentação elétrica e proporciona fácil visualização do nível ou volume do material no interior do tanque através de uma escala graduada (instalada externamente) que é percorrida por um indicador à medida que ocorre variação do líquido. • DADOS TÉCNICOS • Material da bóia : AISI ou PP • Temperatura : até 80 ºC • Pressão : até 2 mca • Opcionais : conjunto para fluidos voláteis (selo líquido) e alarmes de nível alto/baixo

21. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • Yo-Yo São sistemas eletromecânicos robustos para a medição de nível em: - silos, - tanques - ou reservatórios Contendo materiais como : - grãos, - areia, - pós em geral, - plásticos, - minérios, - óleos, - produtos químicos, - entre outros. • DADOS TÉCNICOS • Faixa de medição : até 45 m • Saída : 4-20 mA ou pulsos • Temperatura : até 149 ºC • Material dos pesos : alumínio ou aço inox (revestimento de PTFE opc.) • Versões para áreas classificadas Além disso, podem ser utilizados para a medição de sólidos em líquidos. São indicados onde a presença de gases, vapores, poeira ou espuma é crítica, em silos/tanques de alturas elevadas ou ainda em locais onde os medidores ultra-sônicos não possam ser aplicados.

22. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • Pá Rotativa São instrumentos eletromecânicos robustos: - de baixo custo, - de rápida e fácil instalação - 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. • DADOS TÉCNICOS • Materiais em contato com o processo : AISI 304 • Saída : relê SPDT ou DPDT • Sensibilidade : ajustável • Temperatura : até 398 ºC • Pressão : até 2 kgf/cm2 • Densidade : mín. 0,02 kg/dm3 • Versões para áreas classificadas Estas chaves de nível são ideais para silos que armazenam diferentes materiais. Além disso permitem ajustar a sensibilidade para melhor performance.

23. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • DADOS TÉCNICOS • Chave de Nível - Capacitivo: • Modelos de haste : rígida ou flexível • Material da haste : AISI 304 • Saída : relê SPDT • Temperatura : -20 a 150 ºC • Pressão : até 10 kgf/cm2 • Versões especiais para até 538 ºC, 280 kgf/cm2 e controle de até 4 ptos. • Versões para áreas classificadas • Transmissor de nível: • Modelos de haste : rígida ou flexível • Material da haste : AISI 304 (revestimento opc. de PP, PTFE) • Saída : 4-20 mA • Temperatura : -20 a 150 ºC • Pressão : até 10 kgf/cm2 • Versões especiais para até 538 ºC, 280 kgf/cm2 • Versões para áreas classificadas • Capacitivo Desenvolvidos para a medição e controle/detecção de nível, 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.

24. Tipos (Características, Utilização e Aspectos físicos) • Vibratório Desenvolvidos para o controle/detecção de nível de materiais sólidos ou líquidos em tanques/silos, Podem ser instalados tanto no topo como na lateral. Apresentam as seguintes vantagens : - não possuem partes móveis, - robustez, - facilidade de instalação e calibração, - praticamente não dependerem das condições do material como: - constante dielétrica, - umidade, - etc. • DADOS TÉCNICOS • Modelos : haste ou diapasão • Produtos : sólidos (haste e diapasão) / líquidos (diapasão) • Materiais em contato com o processo : AISI 316 • Saída : relê SPDT ou coletor aberto (somente diapasão) • Temperatura : -40 a 160 ºC • Pressão : até 25 bar • Versões para áreas classificadas Versões : haste e diapasão. Entre as aplicações típicas da versão haste encontram-se o controle de nível alto/baixo de materiais como grãos, ração, pós (cimento, farinha, cal, etc.), areia, brita, etc. A versão diapasão pode ser em materiais sólidos de baixa densidade como chips de plástico ou isopor, granulados e em produtos líquidos como água, químicos, alimentícios, entre outros.

25. Exemplo de Aplicações • Indústria Alimentícia • Indústria Automobilística • Esteiras • Fabricantes de Máquinas e Ferramentas • Postos de Combustíveis

26. Exemplo de Aplicações • indústria alimentícia • Os sensores nesse segmento industrial podem estar instalados em ambientes muito agressivos, por isso as características dos sensores para essa área devem ser muito resistentes.

27. Exemplo de Aplicações Monitores eletrônicos de fluxo monitoram fluxos de meios (líquidos, pastosos, gasosos) e protegem bombas contra vazão. A função do controlador deve garantir um set-up rápido e permitir o "preset". As informações do processo em andamento são mostradas num display por um LED em bar graph. Os monitores de fluxo podem ser facilmente adaptados ao processo por um tipo de conexão muito flexível. Os monitores podem ser usados em ranges de temperatura de -25 °C +120 °C Sensores de proximidade capacitivo e detecção de nível para monitoramento de nível

28. Exemplo de Aplicações • indústria automobilística • Os sensores nesse segmento industrial podem estar instalados em ambientes muito agressivos, por isso as características dos sensores para essa área devem ser muito resistentes.

29. Exemplo de Aplicações • esteiras • Esteiras existem em quase todas as áreas industriais. Não importa se sua área trabalha com pallets, caixas, peças, granulados, pedras ou tubulações para cada área o sensor mais adequado.

30. Sensor de Nível para líquidos • Detecta o nível de líquidos em reservatórios. • Funciona através do movimento do flutuador que gera um sinal magnético. Este sinal é transmitido a um sensor magnético. O sinal de saída é um contato N.A. ou N.F., dependendo da posição em que for instalado, que pode acionar um contador auxiliar, um relé ou um CLP. • Sensor de Nível para líquidosLA16M-40 • Construído em POM • Baixo Custo • Compacto • Funcionamento NA/NF • AplicaçõesReservatórios de Água • Produtos Químicos • Tanques de Lubrificantes • Ligação Automática de Bombas • Destiladores

31. Monitoramento de nível de fluídos • O sensor LK de nível é um sensor que detecta níveis de fluídos, tem dois set e reset points ajustáveis que servem, por exemplo, para avisar a tempo se o fluxo do meio está abaixo do mínimo necessário. Um LK substitui até 4 switches binários, reduzindo fiação, material e custos de montagem.

32. Funcionamento

33. Funcionamento

34. Relé de Nível • Aplicação O relé de nível limite BS 40 detecta os níveis pelo sistemacondutivo. É usado para sinalização e controle de nível.Uma saída a relé com um contato reversor isento depotencial, permite o controle de alarmes de mínimo ou máximo e comando.Exemplos típicos de aplicação: proteção contra funciona-mento a seco em bombas submersíveis (poços artesianos),caixas d'água, caldeiras ou qualquer solução aquosaque seja condutora. • Funcionamento O relé BS 40 tem saída de 24 V, corrente alternada,que retorna novamente ao relé através da sonda.O emprego de corrente alternada impede a formação decorrosão nas sondas, assim como a decomposição eletro-lítica do produto. No relé, existe um botão que permiteajustar a sensibilidade de comutação. Quando o líquido atingea sonda de nível máximo o relé opera, desoperando após olíquido descobrir a sonda de nível mínimo.