Sistema nível por Borbulhamento

Sistema nível por Borbulhamento

O sistema de nível por borbulhamento é uma forma interessante de medição de nível utilizando método de pressão hidrostática, a medição se da aplicando um gás utilizado para purga que varia a pressão conforme a a altura de água Uma variação interessante sobre o tema da medição direta da pressão hidrostática é o uso de um gás de purga para medir a pressão hidrostática em um recipiente contendo líquido.

Isso elimina a necessidade de contato direto do líquido do processo contra o elemento sensor de pressão, o que pode ser vantajoso se o líquido do processo for corrosivo.

Esses sistemas são frequentemente chamados de tubo de bolha ou sistema de tubo de imersão, o nome anterior sendo apropriadamente descritivo para a forma como o gás de purga borbulha para fora do tubo quando ele é submerso no líquido do processo.

Um sistema borbulhador muito simples pode ser simulado soprando suavemente ar através de um canudo em um copo de água, mantendo uma taxa constante de bolhas saindo do canudo enquanto altera a profundidade da extremidade do canudo na água:

Quanto mais fundo você submerge o canudo, mais difícil se torna soprar bolhas para fora com sua respiração. A pressão hidrostática da água na ponta do canudo se transforma em pressão de ar em sua boca conforme você sopra, uma vez que a pressão do ar deve apenas exceder a pressão da água para escapar pela ponta do canudo.

Contanto que a taxa de fluxo de ar seja modesta (não mais do que algumas bolhas por segundo), a pressão do ar será quase igual à pressão da água, permitindo a medição da pressão da água (e, portanto, a profundidade da água) em qualquer ponto ao longo do comprimento do tubo de ar.

Se alongarmos o canudo e medirmos a pressão em todos os pontos ao longo de seu comprimento, será igual à pressão na ponta submersa do canudo (assumindo um atrito insignificante entre as moléculas de ar em movimento e as paredes internas do canudo):

É assim que funcionam os sistemas de medição de nível “borbulhador” (borbulhamento) industrial:
Um gás de purga é lentamente introduzido em um “tubo de imersão” submerso no líquido do processo, de modo que não mais do que algumas bolhas por segundo de gás emergem da extremidade do tubo.

A pressão do gás dentro de todos os pontos do sistema de tubulação será (quase) igual à pressão hidrostática do líquido na extremidade submersa do tubo.

Qualquer dispositivo de medição de pressão conectado em qualquer lugar ao longo do comprimento deste sistema de tubulação sentirá essa pressão e será capaz de inferir a profundidade do líquido no vaso de processo sem ter que entrar em contato direto com o líquido do processo.

Os sistemas de medição de nível de líquido do tipo borbulhador são especialmente úteis quando o líquido do processo em questão é altamente corrosivo, propenso a obstruir as tomadas de amostra ou de qualquer outra forma que deterioração dos sensores de pressão.

Ao contrário dos sensores de pressão que devem usar diafragmas ou outros elementos sensores flexíveis (geralmente metálicos) e, portanto, só podem ser construídos a partir de uma gama limitada de materiais, um tubo de imersão não precisa ser flexível e, portanto, pode ser construído de qualquer material capaz de resistir as severas condições do líquido do processo .

Na medição de líquidos muito corrosivo necessitam de materiais especiais para as membranas dos sensores que ficam em contato com o fluido. Muitas vezes em condições adversas o mais recomendo é evitar o contato do fluido com o sensor. Neste caso os medidores que utilizam um sistema de borbulhar, desde que o tubo de imersão fosse feito de plástico, cerâmica ou algum outro material imune à corrosão.

Muitas vezes temos a necessidade do uso e medição líquido de processo tão carregado com sólidos que obstrui qualquer tomada por falta de fluxo impedindo a medição de pressão através de uma porta de amostra e linha de impulso, mas seria facilmente medido por um sistema de borbulhador onde o tubo de imersão é continuamente purgado com gás limpo.

As aplicações de medição de nível onde o contato direto com o sensor de pressão tornaria o acesso a esse sensor inconveniente ou até mesmo impossível são feitas muito mais práticas usando um sistema de borbulhador, onde o sensor de pressão pode estar localizado em qualquer lugar ao longo do comprimento do tubo de imersão e, portanto, facilmente localizado onde a manutenção o pessoal pode acessá-lo.

Sempre é recomendado a aplicação de limpeza do tubo aplicando de tempos em tempos uma vazão maior de gás de purga pois esse fluxo maior ira através do tubo resultará em pressão adicional causada pela queda de pressão de fricção ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que o instrumento de detecção de pressão registre falsamente alto.

Nesse tipo de montagem e fundamental que seja instalado um sistema prático de tubo de bolha, portanto, são alguns meios de monitorar e controlar o fluxo de gás através do tubo.

Uma construção comum usa um rotâmetro ou um borbulhador de alimentação de visão para monitorar a taxa de fluxo de gás de purga, com uma válvula de agulha para restringir esse fluxo:

Uma solução mais sofisticada para o problema da controle da vazão do gás de purga é instalar um regulador de fluxo no lugar de um regulador de pressão e válvula de agulha. Este mecanismo é mas apropriado para controlar automaticamente o fluxo de gás para manter a taxa de fluxo constante.

Os reguladores de fluxo compensam as mudanças na pressão do tubo de imersão e na pressão do suprimento de gás, eliminando a necessidade de um operador humano ajustar periodicamente uma válvula de agulha.

Limitar o fluxo do gás de purga também é importante muitas vezes esse dispositivo para ser obtido para gás de purga. Para gases engarrafados como nitrogênio (necessário em processos que requerem uma purga não reativa), Nestes casos deve-se considerar o custo de compra de tanques de gás comprimido inerte.

Para sistemas de purga de ar comprimido, o custo ainda está presente, mas apresenta um custo bem menor porque neste caso o custo ser resume no custo de operação de um compressor de ar para manter a pressão de ar de purga contínua.

De qualquer forma, limitar a taxa de fluxo do gás de purga em um sistema de borbulhador gera benefícios econômicos, além de maior precisão de medição.

Como acontece com todos os sistemas , certos critérios devem ser atendidos para uma operação bem-sucedida.
Aqui estão listados alguns deles:

• O suprimento de gás de purga deve ser confiável: se o fluxo parar por qualquer motivo, a medição do nível deixará de ser precisa e o tubo de imersão pode até se entupir com detritos!
• A pressão de suprimento do gás de purga deve exceder a pressão hidrostática o tempo todo, ou então a faixa de medição do nível cairá abaixo do nível real do líquido.
• O fluxo do gás de purga deve ser mantido em uma taxa baixa, para evitar erros de queda de pressão (ou seja, o excesso de pressão medido devido ao atrito do gás de purga através do tubo).
• O gás de purga não deve reagir adversamente com o processo.
• O gás de purga não deve contaminar o processo.
• O gás de purga deve ter um custo razoável, pois será consumido continuamente ao longo do tempo.

Um dispositivo de medição de um sistema de tubo de borbulhar é uma ligeira variação na pressão cada vez que uma nova bolha se desprende da extremidade do tubo.

A quantidade de variação de pressão é aproximadamente igual à pressão hidrostática do fluido de processo a uma altura igual ao diâmetro da bolha, que por sua vez será aproximadamente igual ao diâmetro do tubo de bolha.

Por exemplo, um tubo de imersão de 1/4 de polegada de diâmetro experimentará oscilações de pressão com uma amplitude de pico a pico de aproximadamente 1 4 polegadas de elevação de líquido de processo.

A frequência dessa oscilação de pressão, é claro, será igual à taxa na qual as bolhas individuais escapam pela extremidade do tubo de imersão.

Normalmente, esta é uma pequena variação quando considerada no contexto da altura do líquido medida no vaso.

Uma oscilação de pressão de aproximadamente 1/4 de polegada em comparação com uma faixa de medição de 0 a 3000 mm, por exemplo, é apenas cerca de 0,2% da amplitude.

Os transmissores de pressão modernos têm a capacidade de “filtrar” ou “amortecer” variações de pressão ao longo do tempo, o que é um recurso útil para minimizar o efeito que tal variação de pressão terá no desempenho do sistema.

Uma maneira de ajudar a minimizar esse efeito é colocar pequenos entalhes em forma de V na extremidade do tubo de imersão, para ajudar as bolhas a escaparem em tamanhos menores que o diâmetro do tubo:

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