Teoria de operação básica de medição de
nível contínuo por RF Admitância
Tudo começa com um capacitor…
C=
kA
d
C.A
Placa condutiva
Placa condutiva
Dielétrico
Material isolante
Fatores que afetam a capacitância
Distância entre as placas
CA
Distância
Distância
Capacitância
Capacitância
CA
CA
C=
kA
d
Fatores que afetam a capacitância
Área das placas
CA
Área
Área
Capacitância
Capacitância
CA
CA
kA
C=
d
Fatores que afetam a capacitância
Dielétrico da isolação
CA
Dielétrico
Dielétrico
Capacitância
Capacitância
CA
C=
kA
d
CA
O tanque e o elemento sensor formam
um capacitor
C=
d
A
C
k ar = 1
k óleo = 2
kA
d
Onde:
C= Capacitância em pF
k= Constante dielétrica do material
A= Área das placas
d= Distância entre as placas
O tanque e o elemento sensor formam
um capacitor
C
k ar = 1
d
A
C
k óleo = 2
k
=
k
A
d
Onde:
C= Capacitância em pF
k= Constante dielétrica do material
A= Área das placas
d= Distância entre as placas
Efeitos do dielétrico e condutividade
Elementos sensores verticais revestidos
Água
30
k ar = 1
Cp
(pF)
d
20
10
A
C
k
kÁgua = 80
k óleo = 2
0
k=
Nível [mm]
Óleo
O Capacitor Coaxial ou Concêntrico
2 0 L
C
b
ln( )
a
L
C
d
k A
D
C = 7.36 x K x L
log 10 D
d
D
C
k A
D
Propriedades do Material
A RF Admitância se utiliza das propriedades
elétricas do material para realizar a medição.
Físicas
Densidade
Viscosidade
Elétricas
Dielétrico
Condutividade
Escala de Constantes Dielétricas (k)
Vácuo
Ar
1
1.0006
Propano
1.6
Maioria dos hidrocarbonetos
Areia
Fenol
2.5
4.8
9
Alcool isopropílico
18.3
Metano
Etilenoglicol
33.6
37
Metanol
56.6
Água D.I
Água potável e maioria dos ácidos
80+
Escala de Condutividade (g)
Querosene
.001
Metanol
Agua D.I.
1
Água Potável
Cerveja
Suco de laranja
50-500
1250
10000
Água do mar
80000
Ácido sulfúrico 90%
Ácido sulfúrico 30%
1000000
Estilos comuns de elementos sensores
PVDF, TFE, PFA, FEP, e outros
para serviços corrosivos e/ou
em alta temperatura/pressão
Comprimento
de Inserção
Gama completa de elementos sensores
Teoria de operação de medição por RF
Admitância
Transmissores Capacitivos
Os efeitos da impregnação
100%
70%
0%
Líquido altamente
condutivo
50%
A anatomia da impregnação
Pequenas quantidades de
corrente RF (resistiva e capacitiva)
fluem devido a impregnação
Haste
sensora
Isolação em Teflon ou PVDF
Impregnação
Xc
Parede do
tanque
R
Resistência mínima ou zero
Alta resistência
Problemas com transmissores
puramente Capacitivos
Problemas:
1. Não há rejeição de impregnação
2. O cabo coaxial pode afetar a calibração
3. O cabo coaxial deve ser curto
Desvantagens de Sistemas Capacitivos
•
•
•
Transmissores capacitivos podem medir apenas a variação de
capacitância.
Impregnações condutivas geram uma variação de corrente RF
resistiva em adição a corrente capacitiva referente ao nível real.
Sistemas capacitivos irão ler a corrente resistiva adicional e
reproduzir uma leitura de nível maior que o nível atual devido ao
aumento no fluxo de corrente.
Vantagens de Sistemas por
RF Admitância
Vantagens sobre os Capacitivos:
1. Ignora impregnação de material no
elemento sensor
2. Cabos coaxiais não afetam a calibração
3. Cabos coaxiais podem ter até 30m.
Vantagens de Sistemas por
RF Admitância
•
•
•
Saída de medição inafetada por:
• Impregnação de material no elemento sensor
• Mudanças de Condutividade
• Mudança de temperatura
• Mudança de Pressão
• Mudança de Gravidade Específica
• Mudança de Densidade
Maior exatidão em medições de baixo span
• A precisão de um sistema por RF Admitância é de ±1% do span
Ausência de partes móveis para danos ou desgaste
Corrente Capacitiva
90
°
Xc – efeito combinado da
capacitância referente a:
• Cap. de saturação do
sensor
• Freq. do transmissor.
R – A resistência da
impregnação condutiva
referente a:
• Condutividade
• Espessura
• Comprimento
Xc = R
Quando
ambos
são iguais
45
°
0
°
Corrent
e
Resistiv
a
“O Vetor para Impedâncias”
Corrente capacitiva
Corrente adicional devido
a impregnação
45°
90°
Quando ambos
são iguais
Corrente capacitiva devido ao nível real
Corrente
resistiva
0°
Corrente resistiva adicional
devido a impregnação
Corrente capacitiva
90°
-45°
45°
quando Xc = R
Corrente capacitiva devido
ao nível real
0°
O transmissor Drexelbrook utiliza
uma fase de 45º na direção oposta (225º)
para cancelar a corrente adicional oriunda
da componente resistiva da impregnação
Uma vez que a corrente capacitiva é
igual a corrente capacitiva, o
“faseamento” corrige ambas.
O resultado é um sinal de
saída que é independente
da impregnação de material
de processo no elemento
Sensor.
Corrente
resistiva
Rejeição de Impregnação por
RF Admitância
•
•
•
O faseamento em 45° permite que o sistema diferencie entre corrente
capacitiva (referente ao nível real – fase 90°) vs. corrente resistiva (referente
a impregnação - fase 0°)
O transmissor possui um circuito adicional que tem a habilidade de ignorar
componentes resistivos e medir apenas a a corrente capacitiva referente ao
nível real do material
O resultado final é uma medição precisa de nível mesmo com
impregnações condutivas
Aplicações comuns utilizando RF Admitância
para medição de nível Total
RF Admitância em Reservatórios
ÁCIDO
• Ácidos
• Alta Temperatura
• Causticos
• Alta Pressão
• Hidrocarbonetos
RF Admitância
Tanques de fibra de vidro
Transmissor de Nível
Tanque de fibra de vidro
Espaçador
Elemento sensor
Haste de aterramento
Líquidos Corrosivos
RF Admitância
Agitação de pastosos
Amortecimento de sinal 0-99 seg.
para ignorar a ação das ondas
e espirros de material
Massa de
Calcário
RF Admitância
Silos de grãos
Calcário
Farinha
Grãos
etc.
Cabo flexível
Contrapeso ou âncora
RF Admitância
Poços e monitoramento de lençóis freáticos
Até 240m
RF Admitância
Materiais perigosos ou letais
Hermeticamente selado.
Sensor “soldado” na face do flange
Material perigoso ou letal
Seal-Tyte™
RF Admitância
Silos de carvão
Carvão
Pedras
Areia
Etc.
Cabo flexível de alta robustez e
resistente a abrasão (700-5-19
para carvão, 700-5-9 para
pedras e outros minérios
pesados).
Contrapeso
RF Admitância
Vazão em canais abertos
Vertedouro ou calha
Transmissor
Sensor
4-20 mA
RF Admitância usada em medição de
interfaces Líquido/Líquido
Interface Água Óleo
Saída de
Oilóleo
Out
Água Out
Water
Entrada de
Crude in
óleo bruto
Chave de Nível para Interface por RF
Admitância
RF Point
Level Interface
Tanque de estocagem
Medição de Interface
Composição típica da emulsão
Vantagem da RF
Admitância:
Fase isolante
Camada de emulsão:
• Interface visível
VS.
• Interface elétrica
• Indicação
repetitiva da
camada de
transição de
dielétrico entre a
fase condutiva e
isolante da
emulsão.
Fase aquosa
Dessalgadoras
Transmissor
integral ou remoto
Filtro AC
4-20mA + HART
Grades eletrostáticas
Óleo
+ -
+
-
300
mm
300
mm
+ -
+
-
Salmoura
Seção inativa
Seção ativa
Transmissor de concentração de
Água em Óleo (BS&W)
(Não se trata de um transmissor de nível)
Coteshield
Faixas: % de Água em Óleo
Fluxo
0 - 1%
0 - 5%
Cut Monitor
0 - 10%
0 - 30%
0 - 50%
0 - 80% (óleos brutos)
Haste Sensora
Teoria de operação básica de medição de
nível contínuo por RF Admitância
Para mais informações entre em contato por tel:
11 3159-3674
Ou pelo email: [email protected]