RF Admitância: a Evolução da Tecnologia Capacitiva

Você já ouviu falar sobre a RF Admitância?

Se trabalha com Instrumentação Industrial, você já deve ter percebido que, nos últimos 15 anos, pouca coisa mudou com relação de equipamentos voltados para Medição de Nível.

Radar de Onda Guiada, Ultrassom, Sensor Hidrostático, Pressão Diferencial, nenhum desses tipos de instrumentação industrial trouxe alguma diferença realmente significativa para a medição de grandezas físicas como o nível.

Falou-se muito em aumento de potência, novo algoritmo, revisão de softwares, uso de materiais exóticos nos sensores, mas a verdade é que pouca coisa mudou de lá pra cá.

As tecnologias de Medição de Nível mais recentes, como é o caso das eletrônicas com contato, são extremamente simples de instalar e calibrar, além de não possuírem partes móveis, são uma verdadeira mão na roda!

Não é a toa que as tecnologias mais modernas em Automação e Instrumentação Industrial estão dedicado ao avanço da eletrônica aplicada aos mais diversos processos industriais.

A grande novidade do momento realmente é a tecnologia RF Admitância!

A RF Admitância é uma tecnologia de Instrumentação Industrial capaz de eliminar os principais desafios envolvendo Medição de Nível: incrustação, espuma, pó em suspensão e interfaces complexas.

Os principais desafios da Medição de Nível

A Medição de Nível trabalha com a avaliação do estoque de reservatórios e o controle dos processos pontuais ou contínuos em que existam volumes líquidos ou sólidos, de acumulação temporária, amortecimento, mistura, resistência etc.

Durantes os processos industriais. algumas intercorrências afetam a confiabilidade da Medição de Nível tornando-se verdadeiros desafios.

Os 4 principais desafios da Medição de Nível:

  • Incrustação;
  • Espuma;
  • Pó em suspensão;
  • Interfaces complexas.
A Medição de Nível tem 4 desafios principais: Incrustação, Espuma, Pó em Suspensão e Interfaces Complexas. A RF Admitância opera em plena capacidade em qualquer destes cenários.

Estas intercorrências devem ser chamadas de desafios, porque não se tratam de problemas por si só, mas de eventos inerentes aos mais diversos processos industriais.

São nestes desafios que você deve estar atento, sabendo que existem soluções eficientes ao seu alcance.

A incrustação é aquela camada de produto acumulado que recobre os tanques de armazenamento e os medidores de nível comprometendo a eficiência dos equipamentos.

A espuma gerada em boa parte dos processos contínuos também se torna um problema quando ela impede a medição precisa da grandeza pretendida.

Pó em suspensão é a poeira que está em praticamente todas as indústrias desde a mineração, siderurgia, papel e celulose, química, petroquímica e até mesmo em portos (terminais de embarque de graneleiros).

A poeira gerada por esse tipo de material interfere na confiabilidade da Medição de Nível realizada por aparelhos como os medidores sônicos, a laser, radares, ultrassons, capacitivos, garfos, hidrostáticos e eletromecânicos (ex: pá rotativa).

Outro desafio comum da Medição de Nível é criação de interfaces complexas durante o processo.

Na indústria em geral você utiliza água para lavar o processo. Durante a lavagem é comum surgirem solventes, lubrificantes, dentre outros componentes. Todos esses produtos vão parar em depósitos, normalmente subterrâneos, a fim de que sejam reaproveitados.

São usados sistemas de separação para distinguir as interfaces em fases reaproveitáveis e/ou descartáveis.

Para que o processo seja eficiente é necessário que a Medição de Nível esteja calibrada e livre de interferências para que a produção transcorra perfeitamente.

A falha de um medidor de nível em um processo pode ser catastrófica!

Além dos principais desafios citados, as tecnologias existentes para Medição de Nível ainda devem lidar com outras condições de processo bastante severas, como abrasão, viscosidade, choque mecânico, arraste, pressão e vácuo.

Todos esses problemas afetam negativamente a produtividade da planta ao gerar alarmes falsos, transbordamentos e/ou medição errônea.

Mas qual é a solução para os problemas na Medição de Nível?

A solução mais eficiente para a Medição de Nível enfrentar seus desafios é a tecnologia RF Admitância.

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

Como funciona a tecnologia RF Admitância?

A RF Admitância utiliza um sinal de radiofrequência (RF) para, diante de uma incrustação ou outra interferência, indicar a real presença ou ausência de produto, nível e/ou volume que está em contato com o elemento sensor do Sensor ou Transmissor de Nível.

Trata-se de uma tecnologia baseada nos princípios da Capacitância e da Impedância, mas, diferentemente dos medidores capacitivos comuns com sensores de dois terminais, a tecnologia RF Admitância é imune à Corrente Resistiva causada pela incrustação, espuma e pó em suspensão.

Em aplicações mais nobres, desde que exista diferença de condutividade entre as fases de 1/100, as interfaces complexas também poderão ser devidamente medidas.

Tudo isso graças a um escudo protetor (terceiro terminal no sensor) em conjunto com um algoritmo e uma eletrônica avançada capazes de medir somente a corrente capacitiva (ignorando a condutora) que flui pelo condutor central do elemento sensor para o terra (proteção elétrica).

A Capacitância será sempre formada entre o terceiro condutor do elemento sensor e a parede do tanque ou silo. A fração resistiva da corrente de medição flui do terceiro terminal para a parede do tanque porque, a diferença de resistência sendo menor, atua nesse exato momento.

Entretanto, essa corrente não será medida e não irá provocar mudança de status na indicação do instrumento. Quando o nível real de produto no tanque subir e tocar a condutor central do sensor, irá provocar um aumento substancial da corrente capacitiva que fluirá através de um demodulador e provocará mudança de status do relé, indicando assim presença real do material.

Pronto. O sistema de medição cumpriu perfeitamente com a sua função.

Trata-se de uma medição de alta confiabilidade mesmo diante dos maiores desafios da Medição de Nível pontual ou contínua.

Ainda não ficou claro? Para entender como funciona a tecnologia RF Admitância é preciso relembrar dois conceitos muito simples: Capacitância e capacitor.

Capacitância é a grandeza elétrica de um dispositivo capacitor estabelecida por meio da quantidade de energia elétrica capaz de ser armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa o capacitor em uma determinada frequência.

Ou seja é uma grandeza física que armazena energia em si e assim é possível fazer aferições como é o caso da Medição de Nível. Para que isso ocorra é preciso de um capacitor.

Capacitor é um dispositivo capaz de armazenar energia por meio de um sistema composto por duas placas (condutores) separados por um dielétrico (isolador).

Qual é a unidade de medida da Capacitância?

A unidade de medida de um capacitor é o farad (F). Um capacitor 1F é capaz de armazenar a carga de 1 coulomb (1C) quando conectado a uma fonte de 1V (volt).

Toda vez que uma capacitância se eleva, ou seja, o nível de um tanque sobe, o produto (dielétrico) toca o elemento sensor do aparelho e assim gera uma ordem de nível. Este é funcionamento padrão de uma Sensor de Nível capacitiva de dois terminais.

Contudo, os processos exigem mais dos aparelhos, pois os produtos envolvidos interferem na medição. Os principais problemas na Medição de Nível são gerados pelas incrustações, espuma em superfície e pó em suspensão.

É aí que a Sensor de Nível de dois terminais torna-se ineficiente!

O que acontece quando uma incrustação recobre o elemento sensor do instrumento de Medição de Nível?

Quando uma incrustação envolve o elemento sensor do medidor de nível o alarme é acionado ocasionando a parada da planta.

Quando um processo é interrompido de forma brusca significa que a produtividade está sendo comprometida, o fluxo da planta não rende tudo o que deveria!

Além das paradas não programadas e o alarme falso gerado pelo medidor, a confiabilidade da Medição de Nível fica prejudicada podendo gerar transbordamentos e acidentes de trabalho.

Qual a diferença entre um medidor de nível capacitivo e um medidor com RF Admitância?

Você já ouviu falar sobre a RF Admitância?

Composição básica de um capacitivo convencional

Elemento sensor de dois terminais, sendo eles um terra e outro a parte ativa, parcial ou totalmente revestida por um plástico de engenharia.

Composição básica de um capacitivo com RF Admitância

Elemento sensor de três terminais, sendo eles um terra, um escudo ativo (terceiro terminal) e uma parte ativa, parcial ou totalmente revestida por um plástico de engenharia.

Os sensores e transmissores de nível com tecnologia de admitância, ao trabalharem com radiofrequência (RF) e por possuírem circuito de proteção contra incrustação, são os instrumentos que têm se mostrado mais eficientes em praticamente todos os tipos de aplicação.

Para processos mais complexos, a RF Admitância só é superada pelos instrumentos radiométricos, utilizados prioritariamente em processos específicos.

Capacitivo comum de dois terminais

O funcionamento básico dos medidores de nível capacitivos consiste em um circuito alimentado por uma tensão de 110/220 VCA e internamente existe um conversor CA/CC (transformador) que converte essa tensão em 24 VCD para alimentar as várias partes do circuito.

O circuito oscilador gera uma onda senoidal, em rádio frequência de 100KHz, sendo este conectado a um circuito ponte.

O circuito ponte contém um capacitor de ajuste de sintonia responsável pelo balanceamento da Capacitância de saída do elemento sensor do instrumento.

O circuito ponte é conectado diretamente ao elemento sensor que por sua vez é conectado a uma blindagem (plástico de engenharia) juntamente ao terra que está em um lado da medição. O final do elemento sensor tem sua própria blindagem conectada ao condulete que protege as terminações do elemento sensor.

Durante o procedimento de ajuste, a capacitância do sensor no tanque é balanceada pelo capacitor de ajuste de sintonia, e o circuito ponte permanece em equilíbrio.

No processo de ajuste, a capacitância do cabo mais a do sensor estão balanceada, e a saída para a demodulação é de 0 volts.

Quando o nível do tanque sobe, uma capacitância proporcional ao volume é gerada. Isto causa uma mudança no sinal que está sendo enviado para o demodulador, convertendo a mensagem em tensão contínua proporcional ao desbalanço.

A mudança no sinal é amplificada e utilizada para energizar o relé. Os contatos do relé são utilizados para ativar um alarme ou um comando apropriado de acordo com o objetivo específico pretendido pela instrumentação através da Medição de Nível.

Esse sistema seria perfeito se não apresentasse falhas diante de desafios como as incrustações. O problema é ainda maior se o produto for condutivo.

O problema da condutividade dos produtos está relacionado aos desafios da Medição de Nível, pois ao se deparar com incrustação, espuma e partículas em suspensão, o alarme de nível comum acusa a existência da corrente resistiva, gerando assim alarmes falsos e uma dor de cabeça daquelas na sua planta.

É aí que entra a RF Admitância!

Medidor de nível com RF Admitância

O funcionamento dos medidores de nível que possuem a tecnologia RF Admitância levam em consideração os já mencionados princípios de operação dos capacitores comuns, mas com a tecnologia RF Admitância que faz toda a diferença.

Simplificando a teoria básica, o funcionamento dos medidores de nível por admitância se dá pela seguinte maneira: a Capacitância (nível do tanque) sobe e sobe até tocar o elemento sensor e assim um alarme de nível ser acionado, dando início a alguma operação própria do processo (desligamento, alarme etc.).

A grande diferença que a RF Admitância está no terceiro elemento incorporado ao corpo do medidor e na unidade eletrônica de alta tecnologia que utiliza uma fonte de alimentação estabilizada para alimentar independentemente o terceiro terminal e independentemente a parte ativa do sensor.

Esse sistema implementado por um circuito de proteção contra incrustação é o que chamamos de Prædator, tecnologia patenteada que é capaz de atuar nas mais agressivas condições de processo.

Trata-se de um dispositivo amplificador com ganho “1”. Sua saída de tensão e fase são idênticas à entrada, mas com baixa impedância.

A saída é conectada à blindagem do corpo e só então para a malha de blindagem no sensor.

O condutor central e a blindagem do terceiro terminal, por estarem submetidos à mesma tensão e fase permanente, estão sempre no mesmo potencial e sem deixar que nenhuma corrente emane por meio da capacitância de isolamento do cabo.

É aí que a “mágica” acontece.

Ou melhor, o conhecimento tecnológico altamente bem aproveitado.

Como não há diferença de potencial entre o elemento sensor e o terceiro terminal, não haverá nenhuma corrente resistiva fluindo através do circuito eletrônico devido à incrustação existente no sensor.

É uma medição “limpa”, livre para medir apenas o que você realmente precisa para manter sua instrumentação de acordo com a exigência específica do processo.

A eletrônica medirá somente a corrente que flui pelo fio central do elemento sensor para o terra, e isso somente ocorrerá quando o material tocar o elemento sensor.

Haverá uma corrente fluindo do terceiro terminal para a parede do tanque porque a diferença de potencial existirá nesse momento.

Entretanto, essa corrente não será medida e não irá provocar mudança de status na saída do instrumento.

Quando o nível do tanque subir e tocar a haste central do sensor, irá provocar uma corrente que fluirá através do demodulador e provocada mudança de status do relé, indicando assim presença do material.

Onde a tecnologia RF Admitância pode ser aplicada?

Os medidores de nível que utilizam a tecnologia RF Admitância podem ser aplicados na maioria das situações de Medição de Nível por ponto ou contínua, não importando se o produto a ser medido é líquido, pasta ou sólido granulado.

A única contra indicação do uso da tecnologia RF Admitância reside em casos extremos de Medição de Nível, nos quais apenas o último recursos deve ser utilizado: a medição radiométrica.

Vantagens e desvantagens das tecnologias de Medição de Nível

Muito se falou sobre as mais diversas tecnologias de Medição de Nível.

Chegou a hora de apresentar os prós e contras de cada um dos principais instrumentos de Medição 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.

Vale muito a pena estar atento às seguintes especificidades:

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

Comparativo das principais tecnologias em Medição de Nível

Tabela comparativa com os desafios da medição de nível e como as principais tecnologias lidam com eles. A RF Admitância opera em sua capacidade plena na maioria dos cenários.

Sensor de Nível com 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

Se você quiser saber tudo sobre a RF Admitância, não deixe de baixar o nosso eBook gratuito sobre o assunto!

Como evitar problemas, desperdícios e gastos desnecessários?

Como dizemos sempre: não existe tecnologia universal para a Medição de Nível. Cada processo tem as suas necessidades e uma avaliação precisa ser feita.

Mas mesmo assim, é importante ficar atento aos desperdícios que podem estar ocorrendo na indústria em que você trabalha!

É preciso encontrar um equilíbrio entre o custo do produto, estresse ao meio ambiente que um transbordamento possa causar e gastos com manutenções antes de decidir qual instrumento de Medição de Nível será escolhido.

Esperamos ter ajudado você a entender um pouco mais sobre a RF Admitância!

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.

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 você a enfrentar o seu problema de medição de nível mais específico.

Esperamos que a partir de agora você tenha total segurança das tecnologias mais adequadas aos seus processos.

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