Conceito de Indicadores de Nível

Introdução à Medição Contínua de Nível

Em minha concepção a medição de nível é uma das variáveis mais comuns nos processos industriais ficando atrás apenas da temperatura que sem sombra de dúvida essa sim é comum em quase todos os processos.

Neste artigo estaremos apresentando alguns aspectos comuns em particular dos medidores de nível tipo visores contínuos de nível que comumente chamado de indicadores de nível ou visores de nível.

Esses instrumentos são tão comuns e confiáveis que muitas das vezes são utilizados nos vasos sendo utilizados como contra medida a outros instrumentos de medição de nível já instalado no vaso. Pois os indicadores de nível permite a leitura direta do nível permitindo que o operador possa fazer o monitoramento local em caso existência de dúvida sobre a precisão do outro instrumento.

Conceitos básicos sobre o visor de nível

O visor de nível funciona basicamente como um indicador de nível, permitindo a medição continua do líquido, esses instrumentos são para medição de nível como os manômetros são para medição de pressão. Esse instrumento se destaca por apresentar uma tecnologia simples e extremamente eficaz permitindo a indicação visual e direta do nível do processo. Na sua forma mais simples, um medidor de nível nada mais é do que um tubo transparente através do qual o líquido do processo pode ser visto. A fotografia a seguir mostra um exemplo simples de um visor:

O diagrama esquemático abaixo podemos ver como o comportamento do fluido no interior do vaso e compreender melhor o funcionamento do visor, tornando mais fácil o entendimento do funcionamento.

Um medidor de nível não é diferente de um manômetro em “U” quando utilizado para medição de pressões iguais aplicada simultaneamente nas duas coluna. Esse instrumento como sabemos funciona pelo princípio de vasos comunicantes, neste caso podemos considerar que uma coluna é o líquido no vaso a outra coluna é o líquido no visor do medidor.

Nesses sistemas de medição encontramos válvulas especiais que permite a substituição do tubo de vidro sem que haja a necessidade de esvaziar ou despressurizar vaso. Esse conjunto de válvulas possuem dispositivos de segurança que em caso de ruptura no tubo ele limitam o fluxo, de modo que o excesso de fluido do processo não escape mesmo quando a válvula totalmente aberta.

Em algumas aplicação utiliza-se um tipo especial de medidor chamado medidores de reflexão, esse tipo de equipamento e formado por um vidro especial que utilizado o princípio da refração ótica, facilitando a visualização de líquidos porque ele permite fácil visualização tanto para líquidos claros como líquidos escuros, os líquidos claros é um problema quando utilizado tubo de vidro.

A maior deficiência dos medidores de nível por tubo de vidro está ligado aos limites que o tubo de vidro. Devem sempre estarem limpos, neste caso representa um problema em caso de medição de líquidos sujos. Os tubos de vidro podem romper em caso de choque mecânico, choque de temperatura. Como solução para esses problemas citados foi desenvolvido um sistema que elimina totalmente o tubo de vidro, o substituindo por um tubo de uma metal não magnético (geralmente o “aço inox”) no interior do tubo é instalado uma boia magnetizada, no lado de fora é instalados plaquetas (chamadas de bandeirolas) indicadores magnetizadas que detectam a posição do imã no interior do tubo, representando dessa forma o ponto que está localizado a boia imantada que representa o nível no interior do vaso. Aqui está um exemplo desse medidor de nível, fabricado pela MagTech:

Neste instrumento, você pode ver bandeiras vermelhas na parte inferior da escala que foram “invertidas” pelo movimento da boia magnética dentro do tubo de aço inoxidável. A zona vermelha indica a altura do líquido dentro do tubo (ou seja, quantas bandeiras foram viradas para mostrar seus lados vermelhos).

Alguns medidores de nível magnético pode-se instalar chaves magnéticas em pontos estratégicos ao longo da altura do tubo, fornecendo capacidade de detecção discreta para alarmes e / ou controles de desligamento, se o nível do líquido ultrapassar os limites operacionais seguros. Essas chaves atuam quando o flutuador magnético passar, sinalizando remotamente o nível do líquido nessa altura.

Problemas de interface

O uso da medição pelo princípio de vasos comunicantes embora seja um das simples tecnologias de medição apresenta grades desafios ao realizado a medição de interface. Neste circunstancia acontece um desvio na indicação da camada de liquido quando temos um fluido líquido mais leve (menos denso) fica localizado na parte superior ao líquido mais pesado (mais denso) no vaso de processo, nessa condição o visor de nível pode não mostrar a interface adequada, se houver:

A medição de interface são muito comuns nos processamento de petróleo, de forma pratica nos vasos separadores de petróleo, se busca realizar a separação do petróleo da água nesse caso formam uma interface é onde a água existe na presença de substâncias, uma camada de petróleo.

A água é um líquido mais denso do que a maioria dos óleos, e esses dois líquidos são imiscíveis, o que significa que a água mais densa forma uma camada separada sob o óleo que é menos denso mais leve. Outra aplicação da medição de interface é na indústria de extração de petróleo e gás, onde a água deve ser separada dos fluidos de petróleo que saem dos poços perfurados profundamente na terra.

O fluido de um poço de petróleo entra em um recipiente especial chamado “separador”, onde a gravidade faz com que a água se separe dos líquidos de petróleo e os vapores de petróleo se separem de todos os líquidos. Esses vasos separadores de água / óleo / gás são componentes críticos de qualquer sistema produção de petróleo.

Na ilustração acima, vemos como uma coluna de água no visor mostra um nível menor (total) do que a combinação de água e óleo dentro de uma embarcação de processo. Como o óleo fica entre as duas tomadas do visor no vaso, ele (óleo) não pode entrar no tubo do visor e, portanto, o medidor de nível continuará mostrando apenas água.

Se, por acaso, algum óleo for encontrado no tubo do visor – seja pelo nível da interface caindo abaixo da tomada inferior ou pelo nível total subindo acima tomada superior – a interface óleo / água mostrada no medidor de nível pode não refletir o ponto da interface verdadeira dentro do vaso quando a interface e os níveis totais retornarem às suas posições anteriores:

Lembre-se de que o medidor de nível e o vaso juntos formam um manômetro de tubo em “U”. Desde que as pressões de cada coluna líquida sejam as mesmas, as colunas se equilibram. O problema é que muitas colunas de interface líquido-líquido diferentes podem ter a mesma pressão hidrostática sem serem idênticas uma à outra:

A única maneira de garantir a indicação adequada do nível da interface do líquido em duas partes em um visor é manter as duas tomadas de processo (bocais) submersas:

Problemas de temperatura

Outro cenário problemático para os medidores de nível é quando o líquido dentro da embarcação é substancialmente mais quente que o líquido no medidor, fazendo com que as densidades sejam diferentes. Isso é comumente visto nos medidores de nível da caldeira, onde a água dentro do visor esfria substancialmente de sua temperatura anterior dentro do tambor da caldeira:

Olhando novamente para o visor como um manômetro de tubo em U, vemos que as colunas líquidas de altura desigual podem realmente equilibrar as pressões hidrostáticas uma da outra se as duas colunas forem compostas por líquidos com densidades diferentes.

A densidade de peso da água é de 1009 kg/m³ na temperatura padrão, mas pode ser tão baixa quanto apenas 576 kg/m³ nas temperaturas comuns para caldeiras de geração de energia.