Medição de nível usando tecnologia de capacitância
Na indústria, diariamente, uma variedade de meios líquidos é transportada e armazenada em tanques, desempenhando um papel crucial em processos essenciais. Esses meios englobam desde a água potável até sucos de frutas, óleos, combustíveis, ácidos e soluções salinas. No entanto, esses líquidos podem apresentar propriedades notavelmente distintas, o que demanda métodos de medição igualmente variados para monitorá-los de forma precisa.
Aqui é onde entra a fascinante tecnologia de medição de nível, especificamente o princípio da capacitância. Este método tem raízes históricas, remontando a 1745 com os primeiros projetos de capacitores de Evard Georg von Kleist e Peter von Misenbrook. Em 1775, Alessandro Volta aprimorou ainda mais essa tecnologia, contribuindo para o desenvolvimento dos modernos capacitores e, em sua homenagem, a unidade do Sistema Internacional (SI) para tensão foi batizada de “volt.
A descoberta da indução eletromagnética por Michael Faraday desempenhou um papel fundamental no avanço dessa tecnologia. Essa descoberta permitiu a geração de campos elétricos, que, combinados com capacitores, estabeleceram as bases para a aplicação da instrumentação de capacitância. Faraday também deu nome à unidade do SI para capacitância, que é chamada “farad” em sua homenagem.
A medição de nível por capacitância é amplamente utilizada em líquidos, permitindo tanto a detecção de nível de ponto quanto a medição contínua. Seu princípio de funcionamento é baseado na variação da capacitância em um capacitor. Vamos explorar mais a fundo como esse processo funciona, focando especialmente na medição contínua.
Imagine o espaço entre duas placas eletricamente carregadas. Esse espaço é conhecido como campo elétrico, onde uma carga elétrica exerce força sobre outra carga. A magnitude e a direção desse campo elétrico são representadas por linhas de campo. Quando aplicamos uma tensão alternada a um capacitor de placas, a corrente flui. Essa corrente depende do meio dielétrico entre as placas, como o ar ou um isolante. Qualquer mudança nesse material isolante resulta em um aumento na constante dielétrica, consequentemente, na capacitância do capacitor, influenciando o fluxo de corrente.
Além disso, a distância e o tamanho das placas também afetam o fluxo de corrente. Essas características são fundamentais para o princípio de medição na medição de nível capacitivo. O processo envolve a criação de um capacitor com a parede do tanque, que é eletricamente condutiva, e uma sonda no interior do tanque. Qualquer variação na capacitância desse capacitor é utilizada para determinar o nível do líquido na medição de capacitância.
É importante ressaltar a diferenciação entre líquidos eletricamente condutivos, normalmente à base de água, e líquidos não condutivos, como óleos e solventes. No caso dos líquidos condutivos, o meio age como um curto-circuito entre a parede do tanque e a sonda isolada, resultando em uma medição estável e independente da geometria do tanque ou da constante dielétrica do líquido.
Por outro lado, líquidos não condutivos formam um capacitor adicional em série com a parede do tanque, determinando a capacitância total. Nesse cenário, o aumento do nível do líquido implica em uma variação proporcional da capacitância medida, devido à constante dielétrica mais elevada do meio. A medição nesse caso depende da constante dielétrica do líquido e da geometria do tanque, o que leva ao uso predominante de sondas de tubo aterrado para garantir uma geometria definida e melhorar o efeito de medição.
A medição de capacitância oferece a flexibilidade de pré-calibração em fábrica, simplificando a comissionamento em meios condutivos com condutividade superior a microsiemens por centímetro. Já em meios não condutivos com condutividade inferior a um microsiemens por centímetro, a calibração é realizada no local do cliente, devido à pequena faixa de transição entre meios condutivos e não condutivos, conhecida como faixa crítica.
Em resumo, a medição de nível por capacitância é uma tecnologia crucial que desempenha um papel essencial em uma ampla variedade de aplicações industriais. Ela permite a monitoração precisa de líquidos em tanques, independentemente das propriedades específicas de cada fluido.