Sensor de Nível – saiba qual é o melhor para o seu processo

Os sensores de nível são de grande importância para a indústria, pois são eles que medem a posição da superfície de um líquido tendo como referência a posição do plano superior da substância medida ou de uma segunda variável.

Por isso, é fundamental escolher o Sensor de Nível correto. Afinal, só assim é possível evitar gastos desnecessários e paradas de planta não programadas que podem prejudicar a produção da sua indústria.

Mas como saber qual é o sensor de nível correto para o seu processo?


O que é um Sensor de Nível?

O Sensor de Nível é uma categoria de medidor feito para atuar em determinados pontos fixos de nível.

Esses pontos fixos são valores 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, Sensores de Nível podem ligar uma bomba, acionar um alarme ou desencadear uma sequência de operações automáticas quando o nível atinge um ponto fixo, informando-lhes através de ajustes determinados.

Como funciona um Sensor de Nível?

Um Sensor de Nível é composto basicamente de duas partes: um detector de nível e um circuito de saída.

Sendo assim, 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 do sensor em função da informação transmitida pelo detector.

Como realizar medições de nível pontuais com Sensores de Nível

Cada Sensor de Nível tem sua especificidade e exige o manuseio de acordo com a sua categoria.  

Sensor de Nível tipo boia

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

O sensor de nível tipo boia pode ser instalado tanto na horizontal quanto na vertical. Porém, ele é mais utilizado na parte lateral do tanque, horizontalmente.

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

Sensor de Nível capacitivo

Como o nome já sugere, o Sensor de Nível capacitivo funciona como um capacitor. 

O sensor é uma das placas do capacitor e a parede metálica do tanque é a outra. E, 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 distâncias, além da constante dielétrica.

Ou seja, 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. 

Logo, podemos dizer que ela é diretamente proporcional ao nível do tanque.

Sensor de Nível vibratório

O Sensor de Nível com haste vibratória atua utilizando o amortecimento da vibração de uma ou duas hastes em forma de diapasão como meio de medir o nível.

Logo, 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.

Por isso, o Sensor de Nível por vibração consiste 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. E, esse garfo de vibração é excitado por uma frequência de ressonância por meio da membrana através de um cristal piezoelétrico.

Esse mesmo garfo de vibração é projetado para, quando for imerso em um material, haver um deslocamento na sua frequência de ressonância de cerca de 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.

Portanto, segundo a configuração em que é executada, o Sensor de Nível vibratório poderá ser instalado lateralmente ou no topo do reservatório. Só é preciso ter cuidado com os cantos onde possa haver acúmulo de material e com as áreas em que ocorre a queda de material para a alimentação do reservatório.

Sensor de Nível Condutivo

O funcionamento desse tipo de sensor não possui restrição quanto à alta temperatura ou alta pressão. Assim, ele é indicado para várias categorias de medições de nível de líquidos, como água ou outros que não sejam condutivos.

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

Sensor de Nível com borbulhador

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

Nesse 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.

Sensor de Nível com RF Admitância

O Sensor 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.

Ou seja, ele é a maneira mais eficiente de evitar gargalos de produção com alarmes falsos, transbordamentos e/ou medição errônea.

Isso porque 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 de medição do sensor.

3 características para considerar durante a escolha do sensor de nível

Indicação e Controle

Os indicadores de medição de nível permitem a verificação localmente.

Eles exigem que o operador interprete a medição para tomar as medidas adequadas. Além disso, indicadores também são usados frequentemente para ajudar na calibração dos sistemas de controle.

Já 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 um transmissor, gera um sinal eletrônico, que é proporcional ao nível do 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

O Sensor de Nível de medição pontual é frequentemente usado em conjunto com transmissores de nível de medição contínua em medições de nível para um ponto único, seja este intermediário, alto, baixo, e/ou como alarme.

No entanto, o Sensor de Nível também pode ser utilizado sozinho para indicar simplesmente se o local em que ele está se encontra cheio ou não. Logo, limitações de tamanho e espaço, bem como a aplicação, determinarão as características 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. 

Já se tratando de medição sem contato, nenhuma parte do sistema de medição toca diretamente o conteúdo do tanque. Métodos sem contato são preferíveis 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.

Por exemplo, a RF Admitância e os Radares de Onda Guiada são os dois melhores exemplos de tecnologia aplicada à Medição de Nível.

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 adapta ao desafio da medição.

Por isso, é necessário estar atento às seguintes especificidades:

  • incrustação;
  • espuma;
  • pó em suspensão;
  • abrasão;
  • choque mecânico;
  • arraste;
  • vácuo;
  • pressão;
  • variações de composição.

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.

Sensor de Nível – Prós e contras de cada um dos medidores

Sensor 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.

Sensor de nível capacitivo

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.

Sensor de nível vibratório

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.

Sensor de nível condutivo

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.

Conclusão

Os sensores de nível são fundamentais para medir a posição da superfície de um líquido e auxiliar no dia a dia do funcionamento industrial. Com o funcionamento correto, eles ajudam a acionar uma bomba ou um alarme, por exemplo.

E é importante lembrar, não existe sensor de nível universal. Por isso, é importante você saber qual o sensor ideal para a sua necessidade, seja ele capacitivo, tipo boia, vibratório, condutivo, entre outros. 

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

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