Comparação de tecnologias de medição de nível de produtos químicos

METRAVON Comparação de tecnologias de medição de nível de produtos químicos

Não existe um único instrumento de nível que seja o mais adequado para todos os processos químicos. Um tanque de água, um tanque de ácido clorídrico, um reator, um tanque para suspensão viscosa e um tanque de processo sob alta pressão podem exigir princípios de medição completamente distintos.

A escolha correta depende da compatibilidade química, da densidade, das propriedades dielétricas, da viscosidade, da cristalização, da formação de espuma, da temperatura, da pressão e de se o contato com o meio é aceitável.

1. Quatro Tecnologias Comuns em Visão Geral

2. Medição de nível por diferença de pressão

A medição do nível de DP utiliza a pressão hidrostática gerada pela coluna de líquido. Em um recipiente fechado e pressurizado, a pressão no espaço de vapor é normalmente aplicada ao lado de baixa pressão, de modo que o transmissor mede a diferença na coluna de líquido, e não a pressão total do recipiente.

3. Vantagens da Pressão Diferencial

• Tecnologia consolidada e amplamente compreendida;
• Adequada para diversos processos sob alta temperatura e alta pressão;
• Pode ser combinada com selos remotos para meios de processo difíceis;
• Integração simples com sistemas 4–20 mA e HART.

4. Principais limitações do nível DP

A densidade do líquido influencia diretamente a conversão de nível. Se a densidade variar em função da concentração, da temperatura ou da composição do produto, o nível calculado pode apresentar desvios, mesmo que o nível real não apresente tais desvios.

Outras preocupações incluem:

• Linhas de impulso bloqueadas;
• Colunas de condensado desbalanceadas;
• Efeitos de temperatura em sistemas de vedação remota;
• Cristalização ou produto viscoso nos caminhos de pressão;
• Erros de pressão estática e de elevação nula ou supressão.

5. Quando o DP é um candidato adequado:

• Líquidos com densidade razoavelmente estável;
• Vasos de alta temperatura ou alta pressão;
• Plantas com práticas consolidadas de instrumentação de DP;
• Aplicações que exigem vedações de diafragma remotas;
• Funções selecionadas em tambores de vapor, reatores e vasos de pressão.

6. Medição de nível por capacitância

Os instrumentos de capacitância detetam alterações na capacitância elétrica entre uma sonda e um eletrodo de referência ou a parede de um recipiente. À medida que o produto cobre uma área maior da sonda, o ambiente dielétrico muda, e o sistema eletrônico converte essa variação de capacitância num nível de sinal.

7. Vantagens da Capacitância

• Design mecânico compacto;
• Pode ser configurado para meios condutores ou não condutores com a sonda adequada;
• Aplicável a líquidos e a certos sólidos em estado maciço;
• Ausência de componentes de medição móveis;
• Alguns modelos suportam temperaturas e pressões elevadas no processo.

8. Por que a variação dielétrica e o revestimento são importantes

Como a medição de capacitância depende diretamente das propriedades elétricas na região da sonda, alterações na composição do produto ou na constante dielétrica podem afetar o valor lido. A formação de revestimentos, a cristalização ou depósitos nas paredes da sonda podem gerar capacitância adicional, que o instrumento pode interpretar como um nível.

A prioridade na manutenção reside, portanto, na estabilidade do produto e no estado da sonda, e não num intervalo fixo de recalibração arbitrário.

9. Medição de Nível por Ultrassom

Um transmissor ultrassônico envia um pulso sonoro através do espaço gasoso e mede o tempo de ida e volta a partir da superfície do líquido. Trata-se de um método sem contato, que pode ser econômico para tanques abertos, sistemas de água e recipientes químicos selecionados.

10. Principais vantagens do sistema ultrassônico:

• – operação sem contato físico com o líquido;
• – instalação simples para diversos tanques abertos;
• – excelente custo-benefício para aplicações de curto e médio alcance;
• – indicado para uso em água, efluentes e ambientes atmosféricos estáveis;

11. Principais limitações do sistema ultrassônico.

O som deve propagar-se pelo espaço de gás. A temperatura, a composição do gás, a presença de vapores pesados, a espessura da espuma, a poeira, os ventos intensos e as obstruções no recipiente podem todos comprometer a qualidade do sinal.

A compensação de temperatura ajuda a compensar as variações na velocidade do som, mas não consegue corrigir todas as condições complexas relativas ao espaço de vapor. A medição por ultrassom também não funciona normalmente em vácuo, já que o som requer um meio para se propagar.

12. Não ser de contato não significa ser quimicamente imune

O transdutor ultrassônico não precisa entrar em contato com o líquido, mas sua face, a conexão de processo e as vedações podem ainda estar expostas a vapores corrosivos, névoa ácida, respingos e condensado. A compatibilidade química deve, portanto, abranger o ambiente em fase gasosa.

13. Medidores de Nível Magnético

Um medidor de nível magnético utiliza normalmente uma câmara de bypass ligada ao recipiente. Um flutuador magnético acompanha o nível do líquido e aciona um indicador externo por meio de acoplamento magnético. Assim, a indicação local pode permanecer disponível sem necessidade de alimentação elétrica externa.

14. Vantagens dos Medidores de Nível Magnéticos

• Indicação visual local clara;
• A indicação básica não requer alimentação elétrica;
• Tecnologia mecânica consolidada;
• Pode ser projetada para aplicações específicas sob altas temperaturas e altas pressões;
• Pode ser equipada com interruptores ou transmissores remotos.

15. Limitações Comuns de Medidores de Nível Magnéticos

A questão fundamental é se o flutuante pode mover-se livremente ao longo de todo o intervalo de operação. A viscosidade elevada, a cristalização, a presença de sólidos em suspensão, o lodo ou depósitos na câmara de desvio podem provocar aderência ou obstrução.

A densidade do produto também é importante, pois o flutuador deve ser projetado adequadamente para a densidade real do líquido.

16. Um nível magnético mede líquido, não vapor.

Por exemplo, um medidor de bypass magnético devidamente projetado pode indicar o nível de água em um tambor de vapor, mas a variável medida é o nível do líquido. O instrumento não está a medir a fase de vapor em si.

17. Ácidos corrosivos e substâncias cáusticas exigem revisão de materiais

Um medidor de nível magnético não é automaticamente adequado para todos os ácidos fortes ou álcalis. A câmara, o flutuador, o revestimento, as juntas e as especificações de temperatura e pressão devem corresponder exatamente ao tipo de serviço químico em questão.

18. Um indicador magnético de nível pode fornecer um sinal 4–20mA?

Sim. Dependendo do projeto, os medidores de nível magnéticos podem ser combinados com transmissores de cadeia de relvas, sensores magnetoestrictivos, saída de 4–20 mA e interruptores de nível magnético. Eles não se limitam apenas à indicação visual.

19. Comparação Rápida de Tecnologias

20. Em que situações também se deve comparar o radar?

O radar em espaço livre justifica ser avaliado quando se prefere a medição sem contato, a temperatura no espaço de vapor varia, os meios corrosivos dificultam o uso de dispositivos de contato, os componentes internos do recipiente são acessíveis e a manutenção mecânica deve ser minimizada.

O radar de ondas guiadas também pode ser considerado para líquidos de baixa constante dielétrica selecionados, para medição de interfaces e para aplicações nas quais um trajeto definido da sonda se mostra útil. O radar não é imune à presença de espuma, à condensação, ao acúmulo de resíduos ou a limitações dielétricas; por isso, sua seleção deve basear-se na própria aplicação, e não ser adotada como solução automática.

21. Dados mínimos para seleção de nível químico:

• — nome do produto, concentração, densidade, grau de corrosividade e viscosidade;
• — propriedades dielétricas, caso sejam conhecidas;
• Temperatura e pressão normais e de projeto;
• Altura do tanque, diâmetro, componentes internos e conexões de montagem;
• Espuma, vapor, agitação, depósitos e sólidos;
• Requisitos de energia, desempenho e comunicação;
• Requisitos de certificação para áreas perigosas, requisitos higiênicos ou requisitos específicos do projeto.

22. Escolha o Princípio de Medição Adequado

Os medidores de pressão diferencial, de capacitância, de nível ultrassônico e magnético são tecnologias consolidadas, mas cada um resolve problemas específicos de medição. A escolha adequada deve basear-se no comportamento físico e químico do processo, e não numa família de instrumentos preferida.

Quando a densidade se mantém estável, o DP pode ser altamente eficaz. A medição por capacitância apresenta bom desempenho quando o comportamento dielétrico e o revestimento da sonda são controláveis. A técnica ultrassônica é econômica em condições atmosféricas estáveis. Os medidores de nível magnéticos permanecem valiosos quando é essencial uma indicação local robusta. O radar deve ser incluído na comparação quando a medição sem contato, a variabilidade no espaço de vapor ou condições mecânicas desfavoráveis tornam essa opção particularmente atraente.