Chaves de Nível – qual é a melhor para o seu processo?

As Chaves de Nível são instrumentos de medição feitos para atuar em determinados pontos fixos de nível.

Estes pontos fixos são valores de nível em chaves de nível que, uma vez alcançados, exigem o desencadeamento de alguma ação necessária para a operação ou para a segurança do sistema em que o instrumento está inserido.

Por exemplo: Chaves de Nível podem ligar uma bomba, acionar um alarme ou desencadear uma sequência de operações automáticas quando o nível atinge um ponto fixo, informando à elas através de ajustes determinados.

Como funcionam as Chaves de Nível?

As Chaves de Nível são compostas basicamente de duas partes: um detector de nível e um circuito de saída.

O detector informa ao circuito de saída a presença ou ausência do nível em determinada posição. Já o circuito de saída se encarrega de alterar o estado de saída da chave em função da informação transmitida pelo detector.

Como podemos realizar Medições de Nível pontuais com Chaves de Nível?

Chaves de Nível tipo boia

Essa solução é bem simples e ainda é amplamente usada no mercado, devido a sua simplicidade baixo custo de aplicação.

Ela pode ser instalada tanto na horizontal quanto na vertical. A forma mais utilizada é na parte lateral do tanque, horizontalmente.

Quando nível aumenta ou diminui, a boia se movimenta junto e, através de uma haste, é feito, magneticamente, o acionamento do contato.

Chaves de Nível capacitivas

Como o nome sugere, a chave de nível capacitiva funciona como um capacitor. O sensor é uma das placas do capacitor e a parede metálica do tanque é a segunda. O que está entre eles é o material isolante.

A capacitância é a capacidade de armazenamento do capacitor. Isto depende das áreas da placa e de suas distância, além da constante dielétrica.

Quando o tanque está com o nível zerado, existe apenas o ar como material isolante entre as placas. À medida que o produto começa a preencher o tanque, a capacitância é alterada. Ela é diretamente proporcional ao nível do tanque.

Chaves de Nível vibratórias

As Chaves de Nível com haste vibratória atuam utilizando o amortecimento da vibração de uma haste só ou de duas hastes em forma de diapasão como meio de medir o nível.

O amortecimento mecânico acontece pela absorção de energia de vibração pela viscosidade de um líquido ou pela resistência de sólidos granulares ou em pó que entram em contato com uma ou mais hastes.

As Chaves de Nível por vibração consistem em um garfo simétrico com duas extremidades. Na base do garfo há uma fina membrana com conexão a uma extensão em aço inoxidável que entra em contato com o processo. O garfo de vibração é excitado por uma frequência de ressonância por meio da membrana através de um cristal piezoelétrico.

O garfo de vibração é projetado para, quando for imerso em um material, haver um deslocamento na sua frequência de ressonância de aproximadamente 10% a 20%. A frequência de ressonância é coletada por um receptor de cristal, e o seu deslocamento por um circuito específico tem por função comutar do tipo NA ou NF.

De acordo com a configuração em que é executada, as Chaves de Nível vibratórias poderão ser instaladas lateralmente ou no topo do reservatório. Só é preciso ter cuidado com os cantos onde possam haver acúmulo de material e com as áreas em que ocorre a queda de material para a alimentação do reservatório.

Chaves de Nível Condutivas

O funcionamento desse tipo de chave não possui restrição quanto alta temperatura ou alta pressão. Assim, ela é indicada para vários tipos de medições de nível de líquidos, como água ou outros que não sejam condutivos.

Seu principio de funcionamento é simplificado! Ele se dá pela diferença de potencial (DDP) entre um eletrodo e outro no momento em que o eletrodo entrar em contato com o fluido.

Borbulhador

A medição com borbulhador serve para detectar o nível de qualquer tipo de líquido, seja ele viscoso, corrosivo etc.

Neste método, é necessário um suprimento de ar ou gás e uma pressão um pouco superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O valor é ajustado, normalmente, para algo em torno de 10% a mais do que a pressão hidrostática.

O sistema do borbulhador engloba uma válvula agulha, um recipiente com líquido e um indicador de pressão. Vale salientar que o recipiente com líquido não deve permitir que o ar ou o gás passem.

Chaves de Nível com RF Admitância

É a solução mais eficiente para enfrentar os principais desafios da Medição de Nível, como incrustação, espuma, pó em suspensão e interfaces complexas.

É a maneira mais eficiente de evitar gargalos de produção com alarmes falsos, transbordamentos e/ou medição errônea.

A RF Admitância utiliza um sinal de radiofrequência (RF) para, diante de um dos desafios, indicar a real presença ou ausência de produto, nível e/ou volume que está em contato com o elemento sensor da Chave.

3 características para levar em consideração!

Indicação e Controle

Os indicadores de medição de nível permitem a verificação localmente.

Eles exigem que o operador interprete a medição para só a partir daí tomar as medidas adequadas. Indicadores também são usados frequentemente para ajudar na calibração dos sistemas de controle.

Os sistemas de controle automático, ou sistemas em malha fechada, são capazes de controlar o nível em um recipiente eletronicamente.

Um dispositivo de medição de nível, combinado com a um transmissor, gera um sinal eletrônico, que é proporcional ao nível no recipiente.

O sinal é recebido por um controlador, que opera outros dispositivos (válvulas, bombas, etc.) e, por sua vez, controla a quantidade de produto que entra e sai de um recipiente.

Os recipientes controlados automaticamente também podem incluir indicadores de medição de nível.

Medição Pontual e Contínua

As Chaves de Nível (medição pontual) são frequentemente usadas em conjunto com Transmissores de Nível (medição contínua) em medições de nível para um ponto único, seja este intermediário, alto, baixo, e/ou como alarme.

No entanto, as Chaves de Nível também podem ser utilizadas sozinhas para indicar simplesmente se o local em que ela está se encontra cheio ou não. Limitações de tamanho e espaço, bem como a aplicação, determinarão as característica do sistema ideal.

Medição com Contato e Sem Contato

Em uma medição com contato, é fundamental que parte do sistema de medição tenha uma relação direta com o conteúdo do recipiente. A RF Admitância e os Radares de Onda Guiada são os dois melhores exemplos de tecnologia aplicada à Medição de Nível.

Já se tratando de medição sem contato, nenhuma parte do sistema de medição toca diretamente o conteúdo do tanque. Métodos sem contato são preferidos quando o meio a ser controlado é especialmente abrasivo ou corrosivo.

Porém, em alguns dos casos, verifica-se uma perda de precisão na medição, devido à poeira ou pó em suspensão, ecos falsos na leitura e dificuldade de calibração em softwares complexos específicos de cada fabricante.

Vantagens e Desvantagens de cada Medidor de Nível

Os principais aspectos a serem considerados na escolha do medidor de nível são:

  • Densidade e viscosidade
  • Composição química
  • Agitação no processo
  • Vapores e poeiras
  • Acúmulo de material

Dentre todas essas categorias, algumas especificidades encontradas, tanto em processos pontuais como contínuos, necessitam de total atenção na hora de escolher a tecnologia que melhor se adapte ao desafio da medição.

Vale muito a pena estar atento às seguintes especificidades:

  • Incrustação
  • Espuma
  • Pó em suspensão
  • Abrasão
  • Choque mecânico
  • Arraste
  • Vácuo
  • Pressão
  • Variações de composição

Principais desafios enfrentados pelas chaves de nível
Uma boa forma de avaliar qual tipo de medidor é o mais indicado, consiste em verificar se a aplicação ocorrerá em nível pontual ou contínuo.

Melhores tecnologias para aplicações em Nível Pontual

  • Mistura e Armazenamento de Produtos Químicos; Tanques de Mistura e Pastas Químicas: RF Admitância e Vibração (Diapasão).
  • Controle/Proteção de Bombas: RF Admitância.
Agora vamos um a um dos medidores apontando seus prós e contras.
Quem sabe você tira a sua dúvida de vez?!

CHAVE DE NÍVEL COM TECNOLOGIA RF ADMITÂNCIA

Vantagens

  • Precisão confiável
  • Não possui componentes móveis
  • Insensível a borbulhamento, turbulência, espuma na superfície ou partículas em suspensão
  • Imune à incrustação
  • Pode ser instalada em várias posições
  • Pode ser usada em produtos com alta viscosidade

Desvantagens

  • Contato com o produto
  • Sensível a elevados graus de pressão, temperatura, ou agressividade do produto

CHAVE DE NÍVEL CAPACITIVA

Vantagens

  • instalação simples
  • baixo custo de aplicação
  • vários tipos de aplicação

Desvantagens

  • Contato com o produto
  • Sensibilidade a variações na constante dielétrica e condutividade
  • Não é imune a incrustações

CHAVE DE NÍVEL VIBRATÓRIA

Vantagens

  • Não possui componentes móveis
  • Insensível a borbulhamento, turbulência ou partículas em suspensão
  • Pode ser instalada em várias posições
  • Não requer calibração
  • Pode ser usada em produtos com alta viscosidade

Desvantagens

  • Contato com o produto
  • Falsa medição devido à incrustação

CHAVE DE NÍVEL CONDUTIVA

Vantagens

  • Baixo custo
  • Sem componentes móveis
  • Empregada em mais de um ponto de operação

Desvantagens

  • Contato com o produto
  • Contaminação dos eletrodos com produto, impedindo a continuidade do circuito

FLUTUADOR

Vantagens

  • Simplicidade
  • Confiabilidade

Desvantagens

  • Instrumento mecânico passível de manutenção
  • Contato com o produto

BORBULHADOR

Vantagens

  • Instalação e calibragem simples
  • Somente os tubos ficam em contato com a água
  • Não é afetado por espuma na superfície
  • Resistente à obstrução por água suja

Desvantagens

  • Requer o fornecimento constante de ar e seu devido sistema de tratamento
  • Especificidade da instalação: o ar utilizado deve ser o ar de instrumentos, seco e isento de óleo, ou qualquer gás inerte
  • Especificidade do produto: o líquido não deve conter pó em suspensão, e deve ser mantida constância de sua densidade
E aí? Ajudamos você a entender mais sobre Chaves de Nível?

Para saber mais sobre as diversas tecnologias existentes para medir o nível, você pode baixar o nosso ebook gratuito aqui.

A otimização de custos em função da produtividade está fazendo todas as indústrias de pequeno, médio e grande porte aderirem aos instrumentos que utilizam tecnologias de Automação e Instrumentação Industrial em seus instrumentos.

Chegou o momento de dar um upgrade na operação em que você trabalha. Converse com o seu superior e ajude ele a dar um basta nas cobranças em relação a produtividade da sua planta.

O próximo passo é buscar um fabricante que realmente esteja comprometido em ajudar vocês a enfrentarem o seu problema de medição de nível mais específico.

Esperamos que a partir de agora você tenha total segurança das tecnologias mais adequadas aos processos que envolvem incrustação, espuma, pó em suspensão e interfaces complexas.

Esperamos também que você tenha segurança para tratar de assuntos relacionados à Medição de Nível e falar acerca das tecnologias mais adequadas para os desafios enfrentados nas instalações da mais diversas indústrias.

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Obrigado pela leitura do nosso material e até a próxima!

FONTES

    • Mais de 35 anos de experiência em automação e controle de processos.
    • Mais de 13 mil horas de engenharia de aplicação on-site
    • Mais de 5000 soluções de instrumentação desenvolvidas