Sensores de Nível e Capacidade
Helder Anibal Hermini
Tópicos Abordados









Conceitos
Introdução
Características
Tipos de Medição de Nível
Vantagens
Desvantagens
Dados Técnicos
Aplicações
Funcionamento
2
Introdução

Basicamente qualquer tipo de
automação, indiferente do ramo de
atividade, pode realizar:
Detecção
 Transferência
 Avaliação de sinais.

3
Introdução

A medição do nível é bastante
importante
para
a
maioria
dos
processos industriais, nomeadamente
para processos relacionados com:
A proteção ambiental
 Com a segurança de uma fábrica
 Com a qualidade dos produtos, etc.

4
Introdução

Os dispositivos de medida de
nível medem :


A posição da superfície do líquido sobre um
ponto de referência
A altura hidrostática criada pelo líquido cuja
superfície se deseja conhecer.
5
Introdução

A medição de nível, embora tenha conceituação
simples, requer por vezes artifícios e técnicas
apuradas.

O nível é uma variável importante na indústria não
somente para a operação do próprio processo, mas
também para fins de cálculo de custo e de inventário.

Os sistemas de medição de nível variam em
complexidade desde simples visores para leituras
locais até indicação remota, registro ou controle
automático.
6
Introdução

Na indústria se requer medições tanto de
nível de líquidos como de sólidos.

Para facilitar a compreensão costuma-se
definir nível, como sendo a altura do
conteúdo de um reservatório, que poderá
ser um líquido ou um sólido.
7
Tipos de Medição de Nível
•Medição Direta
É a medição que se faz tendo como
referência a posição do plano superior da
substância medida.
•Medição Indireta
É o tipo de medição que se faz para
determinar o nível em função de uma
segunda variável.
8
Tipos de Medição de Nível
Medição direta:
•
Indicador do tipo gancho
•
Visor de vidro
•
Níveis de flutuador
9
Tipos de Medição de Nível
Medição Indireta:
•
Pressão
Manômetros de tubo em U
Níveis de borbulhador
Níveis de diafragma
Células de pressão diferencial(DPC)
•
Impulsão
Níveis de deslocador
•
Elétricos
Níveis capacitivos
Detector de nível condutivo
Níveis radioativos
Níveis ultrasonicos
Detector de nível de lâminas vibrantes
10
Vantagens e Desvantagens
dos dois métodos
A - Determinação do Nível
A preferência será dada às
medições diretas, pois o peso
específico do líquido a medir varia com
o tempo. Nos demais casos usa-se o
outro método, de acordo com a
medição a efetuar.
11
Vantagens e Desvantagens
dos dois métodos
B - Determinação do Volume
Dá-se
preferência
às
medidas
diretas.
Conhecendo-se a área da base do reservatório, tem-se:
V=S.H
onde:
V = volume do líquido
h = altura do líquido
S = área da base do reservatório
12
Tipos de Medidores Nível a serem
apresentados











Bóia Magnética
Bóia Lateral
Bóia Pêra
Condutivo
Hidrostático
Ultra-Sônico
Régua-Externa
Yo-Yo
Pá-Rotativa
Capacitivo
Vibratório
SERÁ ABORDADO:
•Características
•Vantagens
•Dados Técnicos
•Aplicações
13
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Bóia Magnética
Instrumentos para medição eDADOS TÉCNICOS
-Comprimento
haste em
: até 3 m
controle/detecção
de nível de da
líquido
-Saída : Contato
SPDT (chave) / 4-20 a dois fios
tanques ou reservatórios
contendo
materiais como: (transmissor)
-Materiais em contato com o processo : AISI 304,
- água,
Apresentando fácil instalação,
316 ou PP
- produtos químicos
operação
e calibração, não são
-Temperatura : até 100 ºC (AISI)
/ 60 ºC (PP)
- alimentícios -Pressão : até 10 kgf/cm2 (AISI)
2 (PP)
afetados
pela
presença de
/ 3 kgf/cm
3-Versões
espuma,
gases/vapores,
mistura
- combustíveis
-Densidade : de 0,75 a 1,5 kg/dm
para
de líquidos no processo ou
- inflamáveis áreas classificadas
variações de determinadas
- outros.
características do fluido como
viscosidade, constante dielétrica
ou condutividade.
instrumento ideal quando se
deseja uma solução de eficiência
comprovada e baixo custo.
14
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Bóia Lateral
Podem
ser
utilizados
diversos materiais como:
com
- Água,
- Produtos químicos,
São instrumentos utilizados
no
DADOS TÉCNICOS
- Combustíveis,
controle e detecção
de nível
-Diferencial
: fixode
ou líquidos
ajustável
- Alimentícios,
em tanques ou
que
-Saídareservatórios
: contato SPDT
Inflamáveis,
requerem
posição
montagem
-Materiaisde
em contato
com o processo :- Aço
Inox
lateral, seja por:-Temperatura : -20 a 250 ºC
- Outros.
-Pressão : até 25 kgf/cm2
- falta de espaço
-Densidade : mín. 0,7 kg/dm3
- devido ao tanque
serpara
muito
alto.
-Versões
áreas
classificadas
Apresentam fácil instalação, não
necessitando de alimentação elétrica.
Dispondo de várias opções de conexões
ao processo, versões para áreas
classificadas, e utilizáveis em uma
ampla faixa de temperatura/pressão,
estes instrumentos são soluções de
grande versatilidade e confiabilidade.
15
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Bóia Pêra
Representam
os
mais
simples
instrumentos para o controle
detecção de
DADOSe TÉCNICOS
nível de líquidos. -Saída : microcontato
: PP facilidade de
Aliam baixo -NA/NF-Invólucro
custo e grande
-Cabo : PVC
instalação.
-Comprimento
cabo : 5mercúrio
ou 10 m
Seu microcontato
nãodo
utiliza
e
-Temperatura:
até
60
ºC
o diferencial pode ser ajustado através de um
-Pressão : até 5 kgf/cm2
pequeno contrapeso.
Entre
as
encontram-se:
aplicações
típicas
-tanques e fossas de efluentes
-dejetos industriais ou água,
-controle de bombas,
-locais de difícil acesso à montagem de outros
tipos de sensores de nível
- etc.
16
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Condutivo
Desenvolvidos para aplicações
DADOS TÉCNICOS
que envolvem
o
-Montagem : compacta ou remota
controle/detecção
de nível
de
-Modo de operação
: independente
ou diferencial
líquidos condutivos
em:
-Pontos de controle : até 6 ptos. (remota) / até 2 ptos. (compacta)
-
tanques,
-Modelos de haste : rígida ou flexível
reservatórios,
-Saída : relê SPDT
poços profundos
-Temperatura : -20 a 150 ºC (*)
-Pressão
: até (via
10 kgf/cm2
ou locais
remotos
LP), (*)
São de fácil instalação, não
apresentam partes móveis e
portanto, praticamente não
necessitam de manutenção
constante.
Disponíveis em duas versões:
- haste rígida
- e flexível.
Aplicações das chaves condutivas
 Alarme de nível alto/intermediário/baixo
em tanques ou poços artesianos,
 controle
de
bombas/válvulas
dispositivos
como
 controle de nível em caldeiras ou vasos de
pressão são aplicações típicas.
17
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Hidrostático
Entre as aplicações típicas
encontram-se :
- Medição de nível de tanques
Utilizados em aplicações onde é
contendo água,
DADOS
TÉCNICOS - Líquidos viscosos,
necessário monitorar o nível
de líquido
-Faixa de operação : até 200 mca
continuamente:
- Produtos químicos,
- tanques, -Precisão : < 0,5%-Saída : 4-20 mA a dois -fios
Alimentícios,
-Alimentação : 24 VCC-Material : Aço Inox (*)
- reservatórios
-Temperatura : até 60 ºC (pendular) / até 100 ºC (lateral)
- ou poços artesianos.
-Em
poços profundos ou locais de
-A versão lateral apresenta haste em aço inox
e diafragma
difícil acesso e instalação.
cerâmico.
Não possuem partes móveis e
não são afetados por turbulência,
espuma,
gases/vapores
ou
por
variações
de
determinadas
características
do
fluido
como
constante dielétrica ou condutividade.
Disponíveis em dois modelos :
- pendular
- e lateral.
18
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Ultra-sônico
Versões : compacta e remota.
Os medidores ultra-sônicos podem ser
Utilizados na medição
e TÉCNICOS
DADOS
utilizados nos mais variados materiais
controle
de
nível de
-Faixa
de medição
: até materiais
25 m (líquidos) / até como:
70 m (sólidos)
líquidos
ou sólidos,
apresentam
- Ângulo
de incidência
: 5 ou 6º (*)
- água,
excelentes
precisão
- Material do transdutor : PP, PVDF, e
AISI, PTFE (líquidos) / AISI (sólidos)
- efluentes,
performance,
além
de não: existir
- Saída (versão
compacta)
4-20 mA ajustável
- líquidos
contato
físico
entre
o sensor
e oajustável , relês
- Saídas
(versão
remota)
: 4-20 mA
ou RS232inflamáveis
ou 485 (opc.) ou corrosivos
meio medido.
e sólidos como :
- Precisão : 0.25% do fundo de escala
- Temperatura : até 90 ºC (*)
- Versões paraoáreas
classificadas
Possibilita
monitoramento
de até 8 silos/tanques iguais
simultaneamente utilizando 1
controlador e 8 sensores.
O excelente ângulo de
incidência permite seu uso em
aplicações
críticas
como
silos/tanques
de
pequeno
diâmetro ou com presença de
gases/vapores ou pó.
-
granulados,
pós (cal, cimento, farinha),
chips de plástico,
cavaco de madeira,
19
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)
São
instrumentos
ideais
para
tanques

externos ou internos onde
Trata-se de um indicador de
é necessário uma solução
nível mecânico de baixo custo e
econômica e a visualização
DADOS TÉCNICOS
simplicidade de operação,
do
nível
a
grandes
-Material da bóia : AISI ou PP
distâncias.
-Temperatura : até 80 ºC
Projetado para trabalhar com
- Pressão : até 2 mca
-produtos
Opcionais : líquidos.
conjunto para fluidos voláteis (selo líquido) e alarmes de nível alto/baixo
Régua externa
Não necessita de alimentação
elétrica e proporciona fácil
visualização do nível ou volume
do material no interior do
tanque através de uma escala
graduada
(instalada
externamente) que é percorrida
por um indicador à medida que
ocorre variação do líquido.
20
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)
Yo-Yo

São sistemas eletromecânicos
DADOS TÉCNICOS
robustos
a :medição
de
- Faixa para
de medição
até 45 m
nível -em:
Saída : 4-20 mA ou pulsos
silos,
--Temperatura
: até 149 ºC
--Material
dos pesos : alumínio ou aço inox (revestimento de PTFE opc.)
tanques
--Versões
para áreas classificadas
ou reservatórios
Contendo materiais como :
-
grãos,
areia,
pós em geral,
plásticos,
minérios,
óleos,
produtos químicos,
entre outros.
Além disso, podem ser
utilizados para a medição de
sólidos em líquidos.
São indicados onde a
presença de gases, vapores,
poeira ou espuma é crítica,
em silos/tanques de alturas
elevadas ou ainda em locais
onde os medidores ultrasônicos não possam ser
aplicados.
21
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Pá Rotativa
DADOS TÉCNICOS
São instrumentos eletromecânicos
robustos:
-Materiais em contato com o processo : AISI 304
- de baixo custo,
-Saída : relê SPDT ou DPDT
- de rápida e fácil instalação
: ajustável
--Sensibilidade
foram projetados
para o controle de nível
em
silos contendo
-Temperatura
: atémateriais
398 ºC como :
- granulados,
-Pressão
: até 2 kgf/cm2
Estas chaves de nível
- pós em geral(cimento, cal, farinha, etc.),
3
-Densidade
: mín. 0,02 kg/dm
- minérios,
são ideais para silos que
- areia,para áreas classificadas
armazenam
diferentes
-Versões
- cavaco de madeira,
- entre outros.
materiais.
Além
disso
permitem
ajustar
a
sensibilidade para melhor
performance.
22
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Capacitivo
DADOS TÉCNICOS
Chave
de Nível - Capacitivo:
Desenvolvidos
para a medição e
-Modelos
de haste : rígida de
ou flexível
controle/detecção
nível,
-Material
da haste : AISI partes
304
Não apresentam
móveis e
-Saída
:
relê
SPDT
devido ao seu princípio de operação
-Temperatura
: -20 a 150 ºC são
(RHF/capacitância),
-Pressão : até 10 kgf/cm2
extremamente versáteis, podendo
-Versões especiais para até 538 ºC, 280 kgf/cm2 e controle de até 4 ptos.
ser utilizados com os mais variados
-Versões para áreas classificadas
produtos :
- líquidos
ou não,
Disponíveis em modelos
-Transmissor
de condutivos
nível:
- viscosos,
para condições críticas de
- Modelos
de haste : rígida ou flexível
agressivos,
e pressão ou
- Material da haste : AISI 304 (revestimento opc. de PP,temperatura
PTFE)
materiais
- Saída -: 4-20
mA granulados,
aplicações pesadas como
- Temperatura
- pós, : -20 a 150 ºC
minérios, brita, entre
- Pressão
: até 10 kgf/cm2
outros.
- polpas,
- Versões
especiais
para até 538 ºC, 280 kgf/cm2
- entre
outros.
- Versões para áreas classificadas
23
Tipos (Características, Utilização e
Aspectos físicos)

Vibratório
Desenvolvidos para o
DADOS TÉCNICOS
controle/detecção
de
nível
de
-Modelos : haste ou diapasão
materiais
sólidos ou líquidos em
Versões : haste e diapasão.
-Produtos : sólidos (haste e diapasão) / líquidos (diapasão)
tanques/silos,
-Materiais em contato com o processo : AISI 316
-Saída : relê SPDT ou coletor aberto (somente diapasão)
Entre as aplicações típicas da
: -40 a 160
ºC
Podem-Temperatura
ser instalados
tanto
no topo
versão haste encontram-se o
-Pressão
: até 25 bar
como na
lateral.
controle de nível alto/baixo de
-Versões para áreas classificadas
Apresentam as seguintes vantagens
:
- não possuem partes móveis,
- robustez,
- facilidade de instalação e calibração,
- praticamente não dependerem das
condições do material como:
- constante dielétrica,
- umidade,
- etc.
materiais como grãos, ração,
pós (cimento, farinha, cal,
etc.), areia, brita, etc.
A versão diapasão pode ser em
materiais sólidos de baixa
densidade
como
chips
de
plástico ou isopor, granulados e
em produtos líquidos como
água, químicos, alimentícios,
entre outros.
24
Exemplo de Aplicações





Indústria Alimentícia
Indústria Automobilística
Esteiras
Fabricantes de Máquinas e Ferramentas
Postos de Combustíveis
25
Exemplo de Aplicações

indústria alimentícia

Os sensores nesse segmento industrial podem
estar
instalados
em
ambientes
muito
agressivos, por isso as características dos
sensores para essa área devem ser muito
resistentes.
26
Exemplo de Aplicações
Sensores de proximidade
capacitivo e detecção de
nível para monitoramento
de nível
Monitores
eletrônicos
de
fluxo monitoram fluxos de
meios
(líquidos,
pastosos,
gasosos) e protegem bombas
contra vazão. A função do
controlador deve garantir um
set-up rápido e permitir o
"preset". As informações do
processo em andamento são
mostradas num display por um
LED
em
bar
graph.
Os
monitores de fluxo podem ser
facilmente
adaptados
ao
processo por um tipo de
conexão muito flexível. Os
monitores podem ser usados
em ranges de temperatura de 25 °C +120 °C
27
Exemplo de Aplicações

indústria automobilística

Os sensores nesse segmento industrial podem
estar instalados em ambientes muito agressivos,
por isso as características dos sensores para essa
área devem ser muito resistentes.
28
Exemplo de Aplicações

esteiras

Esteiras existem em quase todas as áreas
industriais. Não importa se sua área trabalha com
pallets, caixas, peças, granulados, pedras ou
tubulações para cada área o sensor mais adequado.
29
Sensor de Nível para
líquidos


Detecta o nível
reservatórios.
de
líquidos
em
Funciona através do movimento
do flutuador que gera um sinal
magnético. Este sinal é transmitido a
um sensor magnético. O sinal
de saída é um contato N.A. ou N.F.,
dependendo da posição em que for
instalado,
que
pode
acionar
um contador auxiliar, um relé ou um
CLP.
Sensor de Nível para líquidos
LA16M-40
•Construído em POM
•Baixo Custo
•Compacto
•Funcionamento NA/NF
Aplicações
Reservatórios de Água
•Produtos Químicos
•Tanques de Lubrificantes
•Ligação Automática de Bombas
•Destiladores
30
Monitoramento de nível de fluídos

O sensor LK de nível é um
sensor que detecta níveis de
fluídos, tem dois set e reset
points
ajustáveis
que
servem, por exemplo, para
avisar a tempo se o fluxo do
meio está abaixo do mínimo
necessário. Um LK substitui
até 4 switches binários,
reduzindo fiação, material e
custos
de
montagem.
31
Funcionamento
32
Funcionamento
33
Relé de Nível

Aplicação
O relé de nível limite BS 40 detecta os níveis pelo sistema
condutivo. É usado para sinalização e controle de nível.
Uma saída a relé com um contato reversor isento de
potencial, permite o controle de alarmes de mínimo ou
máximo e comando.
Exemplos típicos de aplicação: proteção contra funcionamento a seco em bombas submersíveis (poços artesianos),
caixas d'água, caldeiras ou qualquer solução aquosa
que seja condutora.

Funcionamento
O relé BS 40 tem saída de 24 V, corrente alternada,
que retorna novamente ao relé através da sonda.
O emprego de corrente alternada impede a formação de
corrosão nas sondas, assim como a decomposição eletrolítica do produto. No relé, existe um botão que permite
ajustar a sensibilidade de comutação. Quando o líquido atinge
a sonda de nível máximo o relé opera, desoperando após o
líquido descobrir a sonda de nível mínimo.
34