Tipos de detetores de nível pontual: diapasão, capacitivos e de boia

Os detetores de nível pontual dividem-se em cinco famílias — diapasão, capacitivos, de boia, de admitância RF e óticos —, cada uma com um modo de falha dominante diferente, sendo que duas partilham o problema dos depósitos. Um detetor pontual indica a presença do produto a uma determinada altura, não um valor contínuo. Use-o para nível muito alto, nível muito baixo e proteção de bombas com líquidos e sólidos secos, em conjunto com um transmissor contínuo independente.

Agrupar os detetores de nível pontual segundo a grandeza que detetam

Um detetor de nível pontual é escolhido segundo a grandeza física que muda quando o produto atinge a sonda. Um diapasão deteta o amortecimento de uma haste vibratória; os detetores capacitivos e de admitância RF detetam uma alteração da admitância elétrica entre a sonda e a parede do recipiente; uma boia deteta a impulsão e aciona um contacto; um detetor ótico deteta a refração na ponta de um prisma. Este agrupamento explica porque um produto pode fazer disparar uma determinada tecnologia e ser invisível para outra.

A saída é comum às cinco famílias: um estado discreto com um sentido definido de atuação em segurança. Nenhum destes aparelhos indica quanto o nível subiu acima da sonda, pelo que nenhum substitui um transmissor de nível radar contínuo para inventário ou controlo. O detetor acrescenta um limite inequívoco e independente: uma unidade de nível muito alto montada acima da faixa de trabalho dispara com a subida do nível mesmo que o transmissor, a sua malha 4-20 mA ou o escalonamento do PLC estejam incorretos. Essa independência perde-se assim que o detetor partilha um cabo, uma placa de entrada ou uma alimentação com o aparelho que deve salvaguardar.

Comparar modos de falha numa tabela de compatibilidade com o produto

A tabela é uma matriz de pré-seleção, não uma classificação por mérito. Apresenta uma condição limite típica para cada família e o modo de falha que mais frequentemente gera um estado errado. Um produto que não respeite essa condição exclui a família antes de se discutir preço ou cablagem.

Estes são intervalos típicos de pré-seleção de engenharia, não especificações de produto. Antes de incluir ou excluir uma família, confirme a constante dielétrica, a densidade aparente, a viscosidade e a temperatura de processo do produto real, comparando-as com a ficha técnica atualizada e a placa de identificação do equipamento entregue.

As duas últimas colunas são essenciais: um detetor que se repõe enquanto o tanque continua demasiado cheio não assegurou proteção. Os tipos capazes de memorizar o disparo, como os de admitância RF e os diapasões configuráveis, são normalmente preferidos para nível muito alto; um aparelho ótico ou de boia sem memorização é adequado à proteção de bombas quando se pretende um rearranque automático.

Excluir um tipo segundo o produto e o comportamento dos depósitos

Comece a eliminação pelo produto. Um líquido com constante dielétrica inferior a cerca de 2 não permite confiar num detetor capacitivo, porque os estados seco e imerso ficam demasiado próximos para serem distinguidos; a mesma família exige recalibração sempre que muda o produto armazenado. Não se deve usar uma boia em líquidos que cristalizem, transportem sólidos ou excedam cerca de 1 000 mPa·s, pois o elemento móvel pode prender. Não se deve especificar um detetor ótico para serviço com congelação ou cristalização, porque um prisma com depósitos indica líquido que já não está presente. Um diapasão é inadequado para pós secos muito leves, abaixo de cerca de 50 kg/m³, e depósitos intensos podem unir as hastes, criando um estado de imersão permanente.

Nestas condições, deve abandonar-se o método em vez de o afinar. Se o produto formar depósitos em todas as peças em contacto com ele, ou se a constante dielétrica e a densidade aparente variarem ambas de lote para lote, um dispositivo pontual não consegue fornecer um estado fiável. Nem um ajuste da sensibilidade nem um atraso maior alteram a física; a admitância RF tolera melhor os depósitos do que a capacitância simples, mas uma camada condutora ainda pode anular a guarda.

Definir o ponto de disparo a partir do caudal de enchimento e do atraso de paragem

Mesmo um detetor à altura correta falha se o líquido o ultrapassar antes de a entrada fechar. Exemplo de cálculo baseado em valores de instalação assumidos (cálculo ilustrativo, não dados medidos em campo): um recipiente com superfície livre de 4.0 m² recebe 1.2 m³/min, pelo que a velocidade de subida é (1.2 / 60) / 4.0 = 0.005 m/s, ou 5.0 mm/s. A cadeia de paragem soma 0.5 s de resposta do detetor, 0.3 s de ciclo do controlador e 3.0 s de curso da válvula, num total de 3.8 s. Durante esse atraso, o nível sobe 5.0 mm/s * 3.8 s = 19.0 mm.

• Acrescente uma margem para ondulação da superfície e tolerância de instalação; duplicar o valor dá 38 mm.
• Arredonde para cima e coloque o disparo por nível muito alto pelo menos 50 mm abaixo do nível máximo admissível. Arredondar os 38 mm para 50 mm deixa 12 mm para a repetibilidade do disparo e a tolerância de instalação.
• Recalcule se o curso da válvula demorar mais ou se o caudal de entrada aumentar.

O caudal de entrada usado deve ser o máximo credível, e toda a cadeia de atrasos deve ser medida, em vez de ser deduzida de uma única ficha técnica. Um botão de teste do detetor exercita apenas a eletrónica; não comprova a barreira, a entrada do PLC nem a válvula. O ensaio de comprovação funcional tem de movimentar o elemento final.

Manter o alarme independente do transmissor contínuo

A independência é uma propriedade elétrica e física, não uma designação. O detetor de nível muito alto deve usar um percurso de cabo separado, uma entrada de PLC separada, uma barreira ou isolador separado e, quando viável, uma alimentação separada da do transmissor de nível radar que protege. Se ambos partilharem uma placa de entrada ou uma caixa de junção, uma única falha elimina simultaneamente a leitura e o alarme; uma alimentação comum de 24 V DC com um único fusível é um ponto fraco frequente.

Os tipos de detetores pontuais também diferem na forma como assinalam uma falha. Um aparelho NAMUR de dois fios pode sinalizar uma linha interrompida, enquanto um contacto simples de relé não distingue um circuito aberto de um tanque vazio, a menos que a malha seja supervisionada. Especifique explicitamente o sentido de atuação em segurança: para nível muito alto, o disparo deve ocorrer quando a malha é desenergizada, para que um cabo cortado produza um alarme em vez de silêncio. A página de produto de cada detetor indica a capacidade de carga e as saídas disponíveis; um artigo técnico sobre lógica de alarme aborda a memorização e os intervalos dos ensaios de comprovação.

Verificar a montagem, a carga e os detalhes do ensaio de comprovação

Nos detetores de nível pontual, a instalação determina se um aparelho corretamente selecionado funciona. Alinhe as faces das hastes com o escoamento e monte cerca de 20° abaixo da horizontal quando a conceção o permitir. Se o bocal estiver próximo de um ponto de enchimento, coloque um defletor cerca de 200 mm acima do diapasão. Com produtos viscosos, uma montagem vertical reduz os depósitos. As entradas de cabo devem apontar para baixo, e a vedação de processo deve suportar toda a pressão e temperatura, incluindo o vácuo.

• Antes de reutilizar uma boia ou uma saída de relé, confirme a capacidade dos contactos para a carga real, incluindo a corrente de arranque.
• Confirme que o alojamento do bocal permite o movimento livre da sonda e deixa espaço suficiente para a sua remoção.
• Verifique a faixa de disparo e reposição após a limpeza, pois um prisma molhado ou uma haste com depósitos podem não regressar ao estado seco.
• Registe o estado antes da intervenção, o produto de ensaio e a resposta do elemento final.

O registo deve apresentar em conjunto o nível, o estado do detetor, a entrada do PLC e a posição da válvula.

Perguntas frequentes

Q1. Que tipos de detetores de nível pontual são adequados para um líquido condutor que forma depósitos?

A admitância RF com guarda ativa é normalmente a primeira escolha, porque a guarda reduz o efeito da camada de depósitos. Um diapasão é a segunda opção quando a viscosidade permanece moderada. A capacitância simples deve ser excluída, pois depósitos condutores são interpretados como um estado de imersão permanente. Qualifique o detetor com mais de uma amostra.

Q2. Pode um detetor de nível pontual substituir o transmissor de nível radar contínuo?

Não. Um detetor pontual indica apenas uma altura; não fornece o valor de nível, a tendência ou o inventário que um transmissor radar disponibiliza. Use-o como uma camada independente de nível muito alto ou muito baixo, não como medição principal. Mantenha cabos, entradas e alimentações separados para que uma única falha não possa eliminar ambas as funções.

Q3. A que distância abaixo do nível máximo deve ficar um detetor de nível muito alto?

Determine-a a partir do caudal máximo de enchimento e do atraso de paragem medido. No exemplo, 5.0 mm/s durante 3.8 s dão 19.0 mm; duplicar para ondulação e tolerância dá 38 mm, arredondados para 50 mm. Use o caudal de entrada máximo credível e meça toda a cadeia, desde a resposta do detetor até ao curso da válvula.

Q4. Porque dispara um detetor capacitivo após uma mudança de produto?

Porque a sua calibração depende da constante dielétrica do líquido original. Um er inferior aproxima os estados seco e imerso, podendo o detetor não detetar o nível; um er superior ou um depósito condutor pode mantê-lo no estado de imersão. Volte a verificar após cada mudança de produto e exclua esta família quando er descer abaixo de cerca de 2.

Q5. Deve o alarme de nível muito alto memorizar o disparo ou repor-se automaticamente?

Para proteção contra transbordo, use memorização com reposição manual. Uma reposição automática pode eliminar o alarme enquanto o tanque continua acima do ponto de disparo, retirando a proteção antes de um operador confirmar a situação. O funcionamento sem memorização é adequado ao nível muito baixo de bombas quando se pretende rearranque automático. Verifique ambos os comportamentos desligando o fio na entrega da instalação.

Q6. O que deve demonstrar um ensaio de comprovação funcional?

Que toda a cadeia funciona: o produto atinge a sonda, o detetor muda de estado, a barreira e a entrada do PLC registam essa mudança e o elemento final movimenta-se. Premir um botão de teste exercita apenas a eletrónica. Registe o nível, o estado do detetor, o estado da entrada e a posição da válvula, com o produto de ensaio e a data.

RESUMO

Os detetores de nível pontual são escolhidos por eliminação: exclua uma família quando o produto não respeitar os seus limites de constante dielétrica, densidade, viscosidade ou depósitos; verifique depois a lógica de reposição e a independência elétrica do alarme. No exemplo de nível muito alto, uma subida de 5.0 mm/s durante um atraso de paragem de 3.8 s consome 19.0 mm de folga, pelo que uma separação de disparo de 50 mm é o mínimo justificável. O passo seguinte é inscrever os limites do produto, a altura de disparo, o sentido de atuação em segurança e o âmbito do ensaio de comprovação no desenho da malha.