Medição de nível – Diagnóstico remoto

Medição de nível – Diagnóstico remoto

Ainda hoje, a comunicação 4-20mA é majoritária em diferentes segmentos industriais. Sua instalação é simples e todos conhecem seu funcionamento.

Mesmo que nada seja feito com excelência, a comunicação muita das vezes se mantém firme e forte.

Há algum tempo atrás, eu escrevi um artigo chamado  “Eu tenho uma ferrari, mas ainda ando de fusca”. Mesmo a comunicação 4-20mA sendo a preferida, os instrumentos no campo são em 90% dos casos HART.

O que mostro neste cartoon:  Seria possível evitar uma parada não programada da sua planta caso o monitoramento estivesse sendo realizado!

Vamos falar um pouco mais sobre medição de nível e as possibilidades disponíveis no mercado para fazer o monitoramento constante dos instrumentos de campo.

Tipo de sensor de nível

Existem diversas formas de realizar medição de nível, e para uma mesma aplicação mais do que uma solução pode ser utilizada.

Cada princípio de medição tem pontos positivos e negativos, mas nem todos fabricantes possuem todos princípios em seus portfólio.

Por conta disso, em algumas aplicações alguns fabricantes vão sugerir um tipo e outro fabricante um segundo tipo. No entanto, ambas soluções devem atender a aplicação.

Pensando nisso, é de suma importância conhecer cada princípio de medição para criar uma visão independente de fabricante, sobre o lado positivo e negativo de cada sensor de nível.

Isto pode ajudar na escolha da melhor alternativa para sua nova aplicação de nível.

Selecionei alguns tipos de sensor de nível – não vamos ter todos aqui – mas os principais estão listados neste artigo.

Em outras oportunidades, vou abordar outros princípios, além de entrar mais em detalhe sobre cada sensor de nível citados aqui.

Transmissor de nível por pressão diferencial (dp)

Digamos que a primeira opção que vem a cabeça quando temos uma medição de nível.

Todo técnico ou engenheiro de automação já tem conhecimento bem consolidada em relação a transmissores de nível por pressão diferencial, mas vamos dar uma olhada nos prós e contra dela.

Transmissor de nível por pressão relativa

Primeiramente, você utilizar transmissores de pressão relativa para medição em tanques abertos.

Caso não saiba como são transmissores de pressão relativa, normalmente, ele só tem uma entrada de processo e um respiro (vent) para atmosfera, responsável por fazer a relação da pressão do processo com a pressão atmosférica.

Um transmissor de nível por pressão diferencial pode fazer esta medição também, basta deixar a entrada de baixa pressão aberta para atmosfera.

Transmissor de nível por pressão diferencial

Em tanques fechados, precisamos fazer a compensação da pressão na parte superior formada por algum gás, vapor ou ar.

Para isso utilizamos transmissores de pressão diferencial, onde faremos a compensação desta pressão.

Neste tipo de instalação você pode precisar aplicar potes de selagens quando produto tende a condensar, caso contrário só ligar a tomada de baixa diretamente na parte superior.

Pontos negativos do sensor de nível por pressão diferencial:

• Requerem na grande maioria das vezes um certa estrutura para instalação do transmissor
• Depende da densidade do produto e isso pode afetar a precisão da medição
• Requerem acessórios como pote de selagem, capilares, etc
• Instalação não adequada irá influenciar a medição de nível

Pontos positivos do sensor de nível por pressão diferencial:

• Fácil configuração e calibração
• Tecnologia já conhecida por muitos técnicos, tecnologos e engenheiros
• Baixo custo para aquisição

Transmissor de nível por tempo de vôo (ToF – Time of flight)

Temos uma lista com alguns transmissores de nível que trabalham utilizando o mesmo princípio de funcionamento, conhecido como Time of flight (ToF).

Mesmo utilizando o mesmo princípio de medição, existem diferenças consideráveis entres esses sensores de nível, pois tem algumas características de funcionamento diferentes.

Vamos comentar essas característica em cada um dos sensores. Mas afinal de contas, o que é esse time of flight (ToF)?

O time of flight está relacionado com o tempo que uma “parada” tipo uma onda acústica ou electromagnética, leva para viajar em um meio (Ar, líquidos) do ponto A até o ponto B e retornar.

Podemos relacionar o sensor de nível como ponto A e responsável e emitir o sinal, o produto como sendo o ponto B e o meio pode ser o ar ou vapor dentro do tanque.

Outro bom exemplo é quando você sai da casa da sua namorada (Ponto A), percorre o caminho de casa (meio), chega em casa (Ponto B).

Então lembra que esqueceu celular desbloqueado na casa dela e retorna correndo. Quanto tempo demoraria pra chegar lá? (Rs)

Sensor de nível ultrassônico:

Eu gosto de dizer que este tipo de tecnologia já está começando sua curva para extinção.

No entanto, isso vai demorar muito pois muitos fabricantes ainda só detém desta tecnologia no portfólio.

Com o surgimento de transmissor de nível radar de onda livre de baixo custo no mercado, este cenário tende a mudar. Mas vamos falar sobre o funcionamento do sensor de nível ultrassônico.

O transmissor trabalha com ondas mecânicas com princípio de time of flight (ToF), quando transmissor de nível ultrassônico emite suas ondas mecânicas, esta onda viaja pelo meio, atinge a superfície do produto e retorna para o transmissor.

O sinal não ultrapassa a superfície do produto, esta característica é muito importante para entender as vantagens e desvantagens deste equipamento.

Pontos positivos do transmissor de nível ultrassônico:

• Baixo custo de aplicação
• Simples instalação
• Simples configuração

Pontos negativos do transmissor de nível ultrassônico:

• Zona morta, onde a medição não é realizada
• Vapor, espuma, etc podem afetar o funcionamento do equipamento
• Superfícies onde formam ondas, podem afetar a medição também.

Transmissor  de nível radar de onda livre e radar de onda guiada:

Um transmissor ainda bastante injustiçado entre os medidores de nível, pois sua complexidade muita das vezes faz com que a tecnologia “se queime”.

Na verdade, não é culpa da tecnologia por si só, mas pela falta do conhecimento avançado desses medidores de nível, quando assunto vai para análise de ecoes, mapeamento, etc. Muitos técnicos e engenheiros jogam a toalha.

Os radares como são mais conhecidos, emitem uma onda electromagnética, também conhecida como microondas.

Funcionamento do radar

A antena transmite essa onda electromagnética, que viajará pelo meio refletindo na superfície do produto, retornando para o transmissor.

Assim como qualquer equipamento baseado em time of flight, o tempo que leva para onda electromagnética ir e retornar é proporcional a distância. O microcontrolador é responsável pelo cálculo do nível do tanque.

Diferente do ultrassônico, o sinal transmitido pelo transmissor de nível radar passa a superfície do tanque, como tanque reflete qualquer obstáculo no seu caminho, como chaves de nível, aquecedores, etc.

O seu funcionamento depende da constante dielétrica (DC) do produto para que haja essa reflexão de sinal.

Você tem Apps onde você pode achar a constante dielétrica do produto e cada radar tem range de funcionamento, onde alguns podem atuar com baixa constante dielétrica.

O radar de onda guiada, tem seu sinal guiado por uma sonda até o fundo do tanque.

Para aplicação com baixo dielétrico o radar de onda guiada é um boa opção. Existem diversos tipos de sondas, podemos falar disso em outro artigo.

Pontos positivos do transmissor de nível radar:

• Baixo custo de aplicação (Novos radares)
• Simples instalação
• Configuração básica simple
• Medição de interface
• Pode atuar com vapor, espuma, poeira, etc.

Pontos negativos do transmissor de nível radar:

• Análise avançada de difícil entendimento.
• Necessário mínimo de constante dielétrica (DC)
• Instalações específicas ( Exemplo: Tubo de calma)

Existem diversos outros medidores de nível, como laser que também utiliza ToF, displacer, entre outros. Vou comentar cada um com mais detalhes em artigos dedicados.

Ai você vai saber qual sonda de nível de água, igual você acha perguntas no Google (Rs).

Opção para monitoramento de medição de nível!

Sua empresa não precisa mudar completamente o que já está funcionando. Existem opções no mercado que podem coletar os diagnósticos dos instrumentos e manter a instalação atual.

Embora o HART não seja puramente digital, os equipamentos possuem Intelligente Device Management (IDM), similar aos instrumentos FOUNDATION Fieldbus, por exemplo.

É possível fazer a leitura dessa informação trocando os cartões analógicos do CLP para cartões HART, mas é necessário avaliar todo processo e custo desta implementação.

Outra possibilidade é utilizar multiplexadores. Mesmo sendo um tecnologia já ultrapassada, você conseguirá derivar as informações dos equipamentos para leitura remota.

Monitoramento de nível remoto utilizando wireless

Além disso e particularmente minha opção preferida, seria a possibilidade de implementação dos adaptadores wireless para coleta de informação.

No entanto, é necessário analisar o custo por equipamento, já que a tecnologia wireless nem sempre será a mais viável.

Muitos adaptadores wireless possuem custo muito elevado para esse tipo de aplicação, inviabilizando sua implementação.

O que podemos concluir?

Evoluir de uma manutenção corretiva para preditiva, leva tempo e requer investimento.

Um mindset correto e uma equipe bem treinada – é tudo o que precisamos.

Com isso, a medição de nível no cartoon nunca iria parar de funcionar do dia pra noite, já que através do monitoramento remoto é possível prever que isso aconteça. Então, fiquem ligados!

Você tem protocolos digitais na sua planta? Deixe seu comentário.

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Fabrício Andrade

Tenho 12 anos de experiência no mundo da Automação industrial, comecei minha carreira na JAT Instrumentação, depois trabalhei na Emerson Automation Solutions e Endress+Hauser. Tive a chance de implementar projetos, ministrar treinamentos e resolver problemas em diversas empresas no Brasil e Latina América. Trabalhei por 3 anos na Alemanha em um e-commerce de automação industrial e hoje sou gerente de marketing digital global na Endress+Hauser Suiça focado em IIoT. Além disso, sou cartunista e baterista nas minhas horas de folga.

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