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Antes de falarmos sobre a medição, vejamos em um clique uma aula complementar sobre algumas características do controle de nível.
No controle dos processos o nível de líquidos e sólidos contidos nos tanques ou vasos é uma variável importante.
De acordo com Alves (2010) a medição de nível em unidades industriais tem dois objetivos principais:
No caso 1, existem sistemas completos de medição produzidos por um mesmo fabricante que são instalados em grandes tanques de armazenamento. No caso 2, existem diversos tipos de sensores e medidores de nível.
Os dispositivos para medida de nível são muito variados. Selecionamos os seguintes:
Nesta aula não iremos falar de todos eles, no entanto, faremos uma breve referência aos mais habituais. Os mais usados na indústria estão descritos a seguir.
Esta é tida como a forma mais simples de medição de nível (medição direta), e em diagramas de malhas de controle são os instrumentos identificados como LG (level gage) - pertencem ao grupo de visores. O funcionamento se espelha no princípio dos vasos comunicantes e é desse modo que oferecem grande confiabilidade na leitura.
O visor de nível é utilizado em vasos de processo como indicador local, mesmo quando existe um transmissor enviando sinal para a sala de controle. Compõe-se de uma estrutura de aço conectada a dois pontos do vaso de processo, tendo na frente um vidro transparente que permite a visão do produto no seu interior, conforme ilustrado na Figura 2.
A instalação dos visores de nível é feita sempre através de válvulas de bloqueio e de dreno, de forma a permitir a manutenção dos mesmos. A classe de pressão do visor de nível evidentemente deve estar de acordo com a do vaso de processo (ALVES, 2010). No mercado está disponível em diversas dimensões, de acordo com a faixa de medição necessária, sendo possível também fazer a instalação desses visores em série, aumentando a faixa de medição.
A medida de nível com deslocador (displacer) baseia-se na variação do peso aparente de um corpo parcialmente mergulhado num líquido, quando a altura do líquido varia. Essa medição do nível é feita de forma indireta, ou seja, mede-se uma variável que tem relação com o nível.
A medição de nível do tipo deslocador se baseia no princípio de Arquimedes: “Todo corpo imerso em um fluido sofre a ação de uma força (empuxo) verticalmente para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo”.
Veja na Figura 3 uma forma bem básica e didática desse mecanismo. O deslocador, que é o elemento primário de medição, é formado por um peso, suspenso num sistema de alavancas, que determina a força vertical que o mesmo exerce.
À medida que o nível sobe, o peso, parcialmente imerso, exerce menor força vertical em virtude do empuxo exercido pelo líquido deslocado.
O movimento vertical do deslocador é convertido num movimento rotatório da haste e no movimento torsional do tubo, permitindo que se efetue a medição. Os movimentos verticais do deslocador são, pois, uma tradução das variações de nível e podem ser convertidos em um sinal elétrico padronizado, por exemplo, 4-20 mA.
A medição de nível para efeito de controle de processos pode ser feita simplesmente medindo-se a diferença de pressão entre a parte superior e a inferior do vaso onde se encontra o líquido, utilizando-se, para isso, um transmissor de pressão diferencial. O peso da coluna do fluido medido por unidade de área é igual à pressão medida. Em consequência, o volume e o nível no interior do vaso são proporcionais à pressão diferencial medida (ALVES, 2010).
Dessa forma, é possível perceber que nesse tipo de medição utiliza-se a pressão exercida pela altura da coluna líquida (hidrostática), para indiretamente obter-se o nível. A Figura 4 mostra o esquema para a medição de nível do líquido em um vaso contendo uma fase líquida e outra com pressão de um vapor.
Conforme em Alves (2010), a tomada superior é conectada ao lado de baixa pressão e a tomada inferior ao lado de alta pressão do transmissor de pressão diferencial. Caso a medição de nível seja realizada em um vaso à pressão atmosférica (aberto na parte superior), a tomada de baixa pressão do transmissor ficará aberta para a atmosfera.
Os atuadores para essas malhas são os mesmos apresentados na aula anterior (Controle de Vazão): as válvulas de controle.
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