MEDIÇÃO DE NÍVEL
ENG3501 – Instrumentação Industrial
Prof.ª Letícia Chaves Fonseca
Medição de Nível
2
1 – INTRODUÇÃO
2 – MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE LÍQUIDO
2.1 – MEDIÇÃO DIRETA
2.1.1 – RÉGUA OU GABARITO
2.1.2 – VISORES DE NÍVEL
2.1.3 – BÓIA OU FLUTUADOR
2.1.4 – VARETA
Medição de Nível
3
2.2 – MEDIÇÃO INDIRETA
2.2.1 – MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO
2.2.2 – MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO DIFERENCIAL EM
TANQUES FECHADOS E PRESSURIZADOS
2.2.3 – MEDIÇÃO DE NÍVEL COM BORBULHADOR
2.2.4 – MEDIÇÃO DE NÍVEL POR EMPUXO
2.2.5 – MEDIÇÃO DE NÍVEL COM RAIOS GAMA
2.2.6 – MEDIÇÃO DE NÍVEL CAPACITIVO
2.2.7 - MEDIÇÃO DE NÍVEL POR ULTRASSOM
2.2.8 - MEDIÇÃO DE NÍVEL POR RADAR
3 – MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVEL DE SÓLIDOS
4 – EXERCÍCIOS
1. Introdução
4


Nível é a altura do conteúdo de um reservatório. O
conteúdo pode ser sólido ou líquido.
Através da determinação de nível de um reservatório
temos condições:
 Avaliar o estoque de tanques de armazenamento.
 Controle de processos contínuos onde existam volumes
líquidos ou sólidos de acumulação temporária,
amortecimento, mistura, residência, etc.
 Segurança de alguns processos onde o nível do produto
não pode ultrapassar uma determinada faixa.
2. Métodos de Medição de Nível de
Líquido
5


O nível de líquido é, em geral, expresso como uma
medida de comprimento em relação a uma referência
(base de um tanque, por exemplo).
São várias as técnicas usadas na medição do nível de
líquido.
2. Métodos de Medição de Nível de
Líquido
6

Vão desde:

a visualização direta do nível de líquido em um tanque
com o uso de tubo de vidro externo (visualizadores);

determinação da altura do líquido através da medição
da pressão na base de um tanque;

até o uso de ultrassom para determinar a interface do
líquido (ou mesmo entre líquidos).
2. Métodos de Medição de Nível de
Líquido
7
Os dois métodos básicos de medição de nível de
líquidos são:
2.1 Direto
2.2 Indireto
2.1 – Medição Direta
8


É a medição que tomamos como referência em
relação à posição do plano superior da substância
medida.
Neste tipo de medição podemos utilizar:
2.1.1 Réguas ou gabaritos,
2.1.2 Visores de nível,
2.1.3 Boia ou flutuador,
2.1.4 Vareta
2.1 – Medição Direta
9
2.1.1 - Régua ou Gabarito
 Régua graduada com um comprimento conveniente para
ser introduzida dentro do reservatório a ser medido.

A determinação do nível será através da leitura direta do
comprimento molhado na régua pelo líquido.
2.1 – Medição Direta
10
2.1.1 - Régua ou Gabarito
Indicador de Nível com
Régua Externa p/ líquidos.
Utilizados em tanques de
armazenamento, sua função é
indicar o nível de líquidos,
onde ocasionalmente a altura
excessiva não permite a
instalação
de
outros
instrumentos.

2.1 – Medição Direta
11
2.1.2 - Visores de Nível



Usa o princípio dos vasos comunicantes.
O nível é observado por um visor de vidro especial,
podendo haver uma escala graduada acompanhando o
visor.
Esta medição é feita em tanques abertos e tanques
fechados.
2.1 – Medição Direta
12
2.1.2 - Visores de Nível
2.1 – Medição Direta
13
2.1.2 - Visores de Nível
2.1 – Medição Direta
14
2.1.3 - Boia ou Flutuador



Consiste numa boia presa a um cabo que tem sua
extremidade ligada a um contrapeso.
No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará
diretamente o nível em uma escala.
Esta medição é normalmente encontrada em tanques
abertos ou fechados e não pressurizados.
2.1 – Medição Direta
15
2.1.3 - Boia ou Flutuador
2.1 – Medição Direta
16
2.1.3 - Boia ou Flutuador
2.1 – Medição Direta
17
2.1.4 – Vareta

Se o tanque tem posicionamento de difícil acesso e o
fluido tem características apropriadas, pode-se pensar no
uso da vareta molhada.
2.2 – Medição Indireta
18
2.2.1 - Medição de Nível por Pressão


Um dos princípios básicos da medição de nível industrial é
a de que diferentes materiais ou diferentes fases do
mesmo material tem diferentes densidades.
Esta lei natural básica permite que se meça o nível
através da medição de pressão.
2.2 – Medição Indireta
19
2.2.1 - Medição de Nível por Pressão


Dois arranjos são feitos, quando o tanque é aberto para
a atmosfera ou quando está fechado e pressurizado com
gás.
Em ambos os casos o manômetro registra uma pressão (ou
diferença de pressão no caso do tanque fechado)
exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos
indiretamente o nível, como mostra abaixo o Teorema de
Stevin:
2.2 – Medição Indireta
20
2.2.1 - Medição de Nível por Pressão
P=h.ρ
Onde:
P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O
h = nível em mm ou em polegada
ρ = densidade relativa do líquido em relação à água na temperatura ambiente.
2.2 – Medição Indireta
21
2.2.1 - Medição de Nível por Pressão
2.2.1.1 - Supressão de Zero


Para facilitar a manutenção e acesso ao instrumento,
muitas vezes o transmissor é instalado abaixo do tanque.
Ou pela falta de plataforma fixadora em torno de um
tanque elevado resulta na instalação de um instrumento
em um plano situado em nível inferior à base do tanque.
2.2 – Medição Indireta
22
2.2.1 - Medição de Nível por Pressão
2.2.1.1 - Supressão de Zero
 Em ambos os casos, uma coluna líquida se formará com a
altura do líquido dentro da tomada de impulso, se o
problema não for contornado, o transmissor indicaria um
nível superior ao real.
2.2 – Medição Indireta
23
2.2.1 - Medição de Nível por Pressão
2.2.1.1 - Supressão de Zero
2.2 – Medição Indireta
24
2.2.2 - Medição de Nível por Pressão Diferencial em
Tanques Fechados e Pressurizados.


A tubulação de impulso da parte de baixo do tanque é
conectada à câmara de alta pressão do transmissor de
nível.
A pressão atuante na câmara de alta é a soma da
pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão
exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório.
2.2 – Medição Indireta
25
2.2.2 - Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques
Fechados e Pressurizados.

A câmara de baixa pressão do transmissor de nível é
conectada na tubulação de impulso da parte de cima do
tanque onde mede somente a pressão exercida sob a
superfície do líquido.
2.2 – Medição Indireta
26
2.2 – Medição Indireta
27
2.2.2 - Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques
Fechados e Pressurizados.
2.2.2.1 - Elevação de Zero


Quando o fluído do processo possuir alta viscosidade, ou
quando o fluído se condensa nas tubulações de impulso, ou
ainda quando o fluído for corrosivo, deve-se utilizar um sistema
de selagem nas tubulações de impulso, das câmaras de baixa
e alta pressão do transmissor de nível.
Selam-se então ambas as tubulações de impulso, bem como as
câmaras do instrumento.
2.2 – Medição Indireta
28
2.2.2 - Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques
Fechados e Pressurizados.
2.2.2.1 - Elevação de Zero

Na figura acima, apresenta-se um sistema de medição de nível
com selagem, no qual deve ser feita a elevação, que consiste
em anular-se a pressão da coluna líquida na tubulação de
impulso da câmara de baixa pressão do transmissor de nível.
2.2 – Medição Indireta
29
2.2.2 - Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques
Fechados e Pressurizados.
2.2.2.1 - Elevação de Zero
2.2 – Medição Indireta
30
2.2.2 - Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques
Fechados e Pressurizados.
2.2.2.1 - Elevação de Zero
2.2 – Medição Indireta
31
2.2.3 - Medição de Nível com Borbulhador


Podemos detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem
como de quaisquer líquidos à distância.
O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha, um
recipiente com líquido na qual o ar ou gás passará pelo
mesmo e um indicador de pressão.
2.2 – Medição Indireta
32
2.2.3 - Medição de Nível com Borbulhador



Ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a
formação de bolhas em pequenas quantidades.
Pressão exercida aproximadamente 20% superior da pressão
hidrostática do líquido.
Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso
a qual queremos medir seu nível, teremos então um
borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido o qual
queremos medir o nível.
2.2 – Medição Indireta
33
2.2.3 - Medição de Nível com Borbulhador

Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um
indicador de pressão que indicará um valor equivalente à
pressão devido ao peso da coluna líquida.
2.2 – Medição Indireta
34
2.2.3 - Medição de Nível com Borbulhador
2.2 – Medição Indireta
35
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)
2.2.4.1 Principio de Arquimedes
”Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma

forca vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do
volume do fluido deslocado
”.

A esta força exercida pelo fluido do corpo nele submerso ou
flutuante chamamos de empuxo.
2.2 – Medição Indireta
36
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

Baseado no princípio de Arquimedes usa-se um deslocador
(displacer) que sofre o empuxo do nível de um líquido,
transmitindo para um indicador este movimento, por meio de
um tubo de torque.
2.2 – Medição Indireta
37
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade
do líquido cujo nível estamos medindo, pois o empuxo varia
com a densidade.
2.2 – Medição Indireta
38
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

Aplicações
• Líquidos não viscosos e livres de partículas sólidas.
• Medição de gases liquefeitos, condensados, tanque de
líquido refrigerante (sistema de refrigeração), etc.

• Medição de nível em vasos e tanques de pequeno porte
• Medição de líquidos em temperatura de ebulição.
2.2 – Medição Indireta
39
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

Aplicações
• Aplicação muito comum: medição de nível de tanques que
contêm dois líquidos com diferentes densidades e que não se
misturam. O medidor tipo Empuxo indicará o nível dessa
interface, isso é comum em Torres de destilação, Torres de
lavagem, decantadores, etc.
2.2 – Medição Indireta
40
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

Aplicações
2.2 – Medição Indireta
41
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

Aplicações
2.2 – Medição Indireta
42
2.2.4 - Medição de Nível por Empuxo (ou deslocador)

Limitações
• Aplicações para medição de sólidos e granulados em geral;
• Tanques, vasos com grandes alturas de medição;
2.2 – Medição Indireta
43
2.2.5 - Medição de Nível com Raios Gamas


Se distinguem dos outros pelo fato de serem completamente
isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos.
Dispensam sondas ou outras técnicas que mantém contato com
sólidos ou líquidos tornando-se possível, em qualquer momento,
realizar a manutenção desses medidores, sem a interferência
ou mesmo a paralisação do processo.
2.2 – Medição Indireta
44
2.2.5 - Medição de Nível com Raios Gamas


Podem ser usados para indicação e controle de materiais de
manuseio extremamente difíceis e corrosivos, abrasivos, muito
quentes, sob pressões elevadas ou de alta viscosidade.
Consiste em uma emissão de raios gama montado
verticalmente na lateral. Do outro lado do tanque terá uma
câmara de ionização que transforma a radiação Gama
recebida em um sinal elétrico de corrente contínua.
2.2 – Medição Indireta
45
2.2.5 - Medição de Nível com Raios Gamas

Como a transmissão dos raios é inversamente proporcional à
altura do líquido do tanque, a radiação captada pelo receptor
é inversamente proporcional ao nível do líquido do tanque, já
que o material bloquearia parte da energia emitida.
2.2 – Medição Indireta
46
2.2.5 - Medição de Nível com Raios Gamas
 Utilizado para a medição de densidade nas indústrias de
mineração
2.2 – Medição Indireta
47
2.2.6 - Medição de Nível Capacitivo


O medidor de nível capacitivo mede as capacidades do
capacitor formado pelo eletrodo submergido no líquido em
relação às paredes do tanque. A capacidade do conjunto
depende do nível do líquido.
O elemento sensor, geralmente é uma haste ou cabo flexível de
metal.


Líquidos não condutores: eletrodos normais
Fluídos condutores: eletrodo isolado normalmente com teflon.
2.2 – Medição Indireta
48
2.2.6 - Medição de Nível Capacitivo

Conforme o nível do tanque for aumentando o valor da
capacitância aumenta progressivamente à medida que o
dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir.
2.2 – Medição Indireta
49
2.2.6 - Medição de Nível Capacitivo



A capacitância é convertida por um circuito eletrônico numa
corrente elétrica sendo este sinal indicado em um medidor.
A medição de nível por capacitância também pode ser feita
sem contato, através de sondas de proximidade.
A sonda consiste de um disco compondo uma das placas do
capacitor. A outra placa é a própria superfície do produto ou
a base do tanque.
2.2 – Medição Indireta
50
2.2.6 - Medição de Nível Capacitivo
2.2 – Medição Indireta
51
2.2.7 – Medição de Nível por Ultrassom


Os dispositivos do tipo ultrassônico podem ser usados para a
detecção contínua de nível ou como sensores de nível prédeterminado (chave de nível).
Detecção contínua de nível: caracterizam-se, principalmente,
pelo tipo de instalação, ou seja, podem encontrar-se
totalmente submersos no produto, ou instalados no topo do
equipamento sem contato com o produto.
2.2 – Medição Indireta
52
2.2.7.2 - Princípios Físicos



O ultrassom é uma onda sonora, cuja frequência de oscilação é
maior que aquela sensível pelo ouvido humano, isto é, acima
de 20 KHz.
A propagação do ultrassom depende do meio. Dependendo
do meio, faremos a distinção da propagação nos sólidos,
líquidos e gases.
A velocidade do som é a base para a medição através da
técnica de eco, usada nos dispositivos ultrassônicos.
2.2 – Medição Indireta
53
2.2.7.3 - Geração do Ultrassom


As ondas de ultrassom são geradas e captadas pela excitação
elétrica de materiais piezoelétricos.
Materiais piezoelétricos produz frequência quando aplica
sobre ele uma tensão elétrica. Assim, eles podem ser usados
como gerador de ultrassom, compondo, portanto, os
transmissores.
2.2 – Medição Indireta
54
2.2.7.3 - Geração do Ultrassom

Inversamente, quando se aplica uma força em uma material
piezoelétrico, ou seja, quando ele recebe um sinal de
frequência, resulta o aparecimento de uma tensão elétrica no
seu terminal. Nesta modalidade, o material piezoelétrico é
usado como receptor do ultrassom.
2.2 – Medição Indireta
55
2.2.8 – Medição de Nível por Radar


O sinal de radar é emitido por uma antena, que reflete na
superfície do produto, e retorna novamente depois de um
intervalo de tempo que é proporcional a distância entre a
antena e a superfície do produto.
Serve para medir distância, nível, volume, líquidos com
espumas, tanques de armazenamento com agitadores etc.
2.2 – Medição Indireta
56
2.2.8 – Medição de Nível por Radar
2.2 – Medição Indireta
57
2.2.8 – Medição de Nível por Radar
3 – Medição de nível de sólidos
58


É necessário medir o nível dos sólidos, geralmente em forma de
pó ou grãos, em silos, altos – fornos etc., pelos mesmos motivos
da medição de nível dos líquidos.
Esta medição é comumente feita por dispositivos
eletromecânicos, onde é colocada uma sonda sobre a carga ou
conteúdo. O cabo da sonda movimenta um transdutor
eletromecânico, que envia um sinal para um indicador, cuja
escala é graduada para nível.
3 – Medição de nível de sólidos
59


Em algumas aplicações, é muito comum as indústrias utilizarem
células de cargas.
Para se instalar este tipo de sensor, é necessário que se corte
os “pés dos silos”, para que o mesmo fique apoiado sobre o
sensor.
3 – Medição de nível de sólidos
60

Também são usados raios gama, capacitivo, ultrassom para
determinar o nível de sólidos.
4 – Exercícios
61
1) Dado o desenho abaixo, responda:
1.1) Sabendo-se que o líquido é água, o nível mínimo é zero e
máximo é 5 metros, qual o range que o transmissor deverá ser
calibrado em polegadas de H2O?
4 – Exercícios
62
1.2) Qual o range do transmissor em polegadas de H2O,
supondo que o líquido seja óleo (dr=0,85), o nível mínimo é
zero e o máximo 5,88m?
1.3) Qual o sinal de saída LT (4 a 20mA) quando o nível for
3,2m?
Líquido: água.
Range de medição: 0 a 4,5 m.c.a.
4 – Exercícios
63
1.4) Qual o nível no tanque quando o sinal de saída do LT for
11,2mA?
Líquido: óleo (dr=0,92).
Range de medição: 1 a 9 m.c.a.
1.5) Qual o nível no tanque quando o indicador LI indicar
40%?
Líquido: óleo (dr=0,92).
Range do LT: 0 a 200” H2O
4 – Exercícios
64
2) Dado o desenho abaixo, responda:
2.1) Qual o range e span de medição do LT em polegadas de
H2O?
4 – Exercícios
65
2.2) Qual o nível do tanque quando o sinal de saída do LT for
9,6mA?
2.3) Qual o sinal de saída do LT quando o nível do tanque for
9,3m?
4 – Exercícios
66
3) Dado o desenho abaixo, responda:
Saída = 4 a 20mA
5m
d = 0,85
d = 0,9
d = 0,85
4 – Exercícios
67
3.1) Qual o range e o span do LT em “H2O?
3.2) Qual o nível do tanque quando o sinal transmitido for
16,8mA?
3.3) Qual o ∆P no LT quando o sinal transmitido for 15,2mA?
4. BIBLIOGRAFIA
68
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de
processos. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.
PESSA, Rogério. Manual de Treinamento SMAR: Instrumentação
Básica para Controle de Processo. Rev. 2.10. SMAR, 2004.
FRANÇA, Fernando A. Instrumentação e Medidas: grandezas
mecânicas. UNICAMP, 2007.
Revista Mecatrônica Atual - N° 37(Edição digital). Disponível em:
http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/155