Sensores de nível

Como é que os sensores de nível contínuo podem otimizar os processos?

Para processos eficientes, é necessário saber o que está lá dentro: processos de produção optimizados e máxima eficiência de recursos requerem um controlo contínuo e preciso do nível, volume ou massa em tanques de armazenamento ou de processo. Nós temos a tecnologia de medição de nível mais adequada para cada meio, cada tipo de tanque e cada aplicação, seja ela hidrostática, potenciométrica, via medição de peso ou por pressão diferencial.

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Que sensores hidrostáticos oferece a Anderson-Negele?

Com uma gama completa de diferentes sensores de pressão, é possível cobrir os mais diversos requisitos de aplicações higiénicas para os setores dos lacticínios, da cerveja, das bebidas e dos produtos alimentares. Para os requisitos particularmente elevados da indústria farmacêutica e das ciências da vida, muitos modelos também estão disponíveis numa versão farmacêutica especial.

A gama estende-se desde o P41, um modelo versátil e económico para aplicações standard, passando pelo P42, um modelo idêntico com IO-Link, até ao modelo topo de gama L3. Este último modelo oferece uma eletrónica inteligente com compensação de temperatura melhorada, compensação da densidade dos meios e linearização integrada do tanque para diferentes formas de recipientes, especificadas ou específicas do cliente. Isto permite a saída direta em litros, quilogramas, bar ou outras unidades com uma precisão de medição significativamente superior à de dispositivos comparáveis. Para aplicações no exterior ou em ambientes frios ou húmidos, o LAR pode evitar erros de medição causados por desvios induzidos pelo clima, graças a um sistema de medição especial, hermeticamente soldado.

Quais são os sensores potenciométricos oferecidos pela Anderson-Negele?

O sistema de medição NSL é a tecnologia de base a partir da qual deriva uma vasta gama de variantes de sensores. Isto significa que praticamente não existem limites para a variedade de aplicações:

• NSL-F: Sensor de nível com eletrónica integrada e visor de programação
• NSL-FR: Versão remota com eletrónica desligada, ideal para instalação em locais de difícil acesso ou em caso de fortes vibrações no processo
• NSL-F-01: Versão curva para instalação na parede lateral do tanque
• NSL-F-02: Sonda dupla para instalação em recipientes não metálicos
• NSL-M: Mini variante para saída de dados para o PLC
• IO-Link em tecnologia Flex Hybrid: disponível para todas as variantes NSL-F

Que sistemas de pesagem oferece a Anderson-Negele?

Em muitas aplicações, os sistemas de pesagem para determinar os níveis de enchimento oferecem uma solução mais prática e precisa do que outras técnicas de medição. Com um programa de sensores testado e comprovado, a Anderson-Negele também oferece soluções precisas, robustas e eficientes nesta área de medição..

O controlo preciso do inventário em muitos recipientes de processo, tanques de armazenamento e silos, constitui um desafio particular. A instrumentação clássica, como sensores hidrostáticos, sondas potenciométricas ou radar, frequentemente atinge os seus limites. Em determinados ambientes de aplicação, não são suficientemente precisos, rápidos ou flexíveis, ou não são práticos por razões técnicas, ou não são económicos por razões de custo. Estão disponíveis os seguintes sistemas: Para fornecer uma solução com tecnologia de pesagem, estão disponíveis os seguintes sistemas:

• Load Disc módulos de pesagem
• Load Stand II Sistema integrado de pesagem
• Bolt-on Célula de carga

Quando é que uma tecnologia é mais adequada?

São vários os factores que influenciam a escolha da tecnologia:

• Tipo, tamanho, forma e material do recipiente
• Meio líquido ou partículas sólidas, como grânulos, pó…
• Propriedades do material (fluido, pastoso, adesivo, espumoso, condutor/não-condutor…)
• Precisão de medição necessária
• Temperatura e densidade do meio e sua variação dinâmica
• Meios variáveis ou sempre o mesmo meio
• Localização (interior, exterior) e influências climáticas na tecnologia de medição
• Ambiente pressurizado (pressão atmosférica ou tanque pressurizado)

O que é a medição do nível hidrostático?

A pressão hidrostáticaé a pressão no interior de um líquido e actua sempre na vertical em direção a todas as paredes limitadoras do recipiente. À medida que o nível num recipiente deste tipo aumenta, a pressão também aumenta. Um sensor (transmissor) no fundo do recipiente pode medir, indicar e enviar estas variações de pressão para o PLC. Uma vez que a pressão actua em todos os lados, o diafragma do sensor pode ser montado no fundo do recipiente ou lateralmente no bordo inferior do recipiente, dependendo da situação de instalação mais adequada.

Para transmitir os resultados da medição ao PLC, os transmissores de pressão utilizam internamente um conversor de sinal piezoelétrico, que converte a pressão mecânica do processo a partir da membrana de pressão num sinal de tensão proporcional. Este é então convertido num sinal padrão de 4…20 mA ou noutro protocolo de acordo com o ajuste do cliente.

Os sistemas de medição modernos, como o L3, já oferecem a possibilidade de converter os valores de pressão medidos na eletrónica do sensor e, assim, emitir diretamente o volume ou a massa. Para este efeito, é necessário determinar outros parâmetros, como a forma do recipiente, o meio e a temperatura do processo (para o cálculo da respectiva densidade específica). No caso do L3, a compensação de temperatura integrada proporciona uma maior precisão em toda a gama de temperaturas do processo do que os transmissores de nível hidrostáticos convencionais. Isso permite a indicação do sensor em litros, kg ou outras unidades de volume com uma precisão de medição muito alta, mesmo com curvas de temperatura dinâmicas.

Num sistema aberto (reservatório com pressão atmosférica), um sensor de pressão no fundo do reservatório é suficiente, uma vez que as condições de pressão externas não se alteram.

Um sistema fechado (vaso de pressão), por outro lado, pode estar sujeito a pressões variáveis, o que afecta a pressão no fundo do vaso. Para medir o nível num sistema deste tipo, são necessários dois sensores que determinam separadamente a pressão do processo no fundo e a pressão de cabeça no topo. A pressão diferencial pode então ser calculada a partir daí no PLC ou numa unidade de avaliação e, assim, o nível de enchimento correto pode ser indicado.

Como funcionam os sensores de nível hidrostáticos?

O sensor de pressão é instalado na parede do reservatório, com o diafragma de pressão perpendicular ao respetivo conteúdo. A pressão do processo ou do nível de enchimento deforma o diafragma. Essa deformação é transmitida por um fluido transmissor para uma célula de medição com um conversor de sinal piezoelétrico, que a converte em sinal de tensão correspondente. A eletrónica na cabeça do sensor converte-o, por sua vez, no padrão industrial utilizado, por exemplo, analógico 4…20 mA ou HART 7.0, de acordo com o ajuste do cliente.

Deste modo, é possível emitir a pressão hidrostática sob a forma de um sinal elétrico para o PLC.

Quais são as diferenças entre um sensor de pressão relativa e um sensor de pressão absoluta?

Nos elementos sensores de pressão relativa, a parte de trás do diafragma é ventilada, de modo a permitir que o sensor meça a pressão do processo em relação à pressão atmosférica.

Nas células de pressão absoluta, o vácuo criado durante o processo de fabrico permanece entre a membrana e o corpo da base, ou seja, o sensor mede a pressão em relação ao vácuo.

Uma vez que a pressão atmosférica pode mudar, por exemplo, devido a influências meteorológicas, a precisão da medição é geralmente mais elevada para as células de medição absoluta.

O que é a compensação de temperatura para transmissores de pressão?

O sensor de nível L3 foi especialmente concebido para a medição de líquidos na indústria alimentar e de bebidas, onde uma elevada precisão sob condições de temperatura dinamicamente variáveis é crucial para o controlo do processo. Este sensor utiliza um conversor de sinal piezoelétrico e um sensor de temperatura integrado para medir a pressão e a temperatura do fluido de transferência interna. O sinal mV do conversor de sinal e a resistência do sensor de temperatura são medidos e convertidos num valor de pressão ajustado pela eletrónica de sinal no bocal do sensor.

Esta compensação de temperatura evita erros de medição causados, por exemplo, pelo efeito de temperatura ou desvio de temperatura: com a mudança de temperatura, a densidade específica de um meio também muda. Se esta densidade for calculada para a saída de nível a 20 °C, mas a temperatura do processo for de 80 °C, então o valor medido será incorreto.

Os sensores convencionais apresentam um desvio de temperatura de até 0,4% por 10°C. A 110 °C é superior a 2,5%! O L3, por outro lado, apresenta um desvio de temperatura de 0,03% por 10°C devido à referência na gama de medição calibrada. A 110°C, o efeito da temperatura é inferior a 0,4%, ou seja, seis vezes inferior.

Desafio: condensação num ambiente húmido e frio

Em ambientes húmidos ou ao ar livre, podem ocorrer problemas como fenómenos de desvio ou medições instáveis com o método de medição hidrostática, utilizando células de medição relativas, devido à formação de condensação. Nas chamadas células de medição de pressão relativa com capilares de compensação, um tubo fino conduz a pressão atmosférica do ambiente até à parte de trás da membrana de medição. Nos sensores com diafragma duplo aberto por difusão, é utilizado um diafragma de pressão separado para a pressão atmosférica e a pressão hidrostática, respetivamente. Ambos os métodos têm uma desvantagem fundamental: não é possível evitar permanentemente a difusão do vapor de água. A condensação do vapor de água pode, assim, causar desvios no sensor ou valores de medição flutuantes.

Em contrapartida, o sensor de nível hidrostático LAR-361 está equipado com um sistema de medição hermeticamente soldado. A entrada de gases e humidade é, portanto, impossível. A grande diferença é que a pressão atmosférica é registada através de uma segunda célula de medição integrada no sensor. Esta célula de medição da pressão do processo está em contacto com o meio a ser medido (por exemplo, leite) e está ligada hidraulicamente à membrana da célula de medição da pressão. Em condições de instalação húmidas e molhadas, tanto no interior como no exterior, em que os sensores convencionais só podem ser utilizados até certo ponto e têm uma vida útil limitada, os sensores deste modelo representam uma alternativa fiável e utilizável.

O que é a medição do nível potenciométrico?

O princípio desta medição baseia-se na alteração da relação de tensão entre a haste do elétrodo do sensor, que se projeta no líquido, e a parede metálica do tanque cheio. Este valor muda proporcionalmente à altura do meio no próprio tanque, podendo ser registado com alta precisão e emitido como um valor medido através do sistema eletrónico. Esta técnica de medição só é aplicável a líquidos com condutividade, segundo a classificação de Anderson-Negele, inferior a 50 μS/cm.

O método de medição potenciométrica é adequado para tanques fechados e abertos de processo, alimentação e armazenamento, bem como para tanques pressurizados. Para tanques não metálicos, pode ser utilizada uma variante do sensor com uma haste de referência.

Como funciona um sensor de nível potenciométrico?

O sensor é composto por uma unidade eletrónica e uma haste de medição que é projetada para o líquido do tanque. É possível instalá-lo a partir de cima, de baixo, na diagonal e, graças a uma versão com uma haste de medição dobrada, também na parede lateral de um tanque. O comprimento da haste de medição pode ser ajustado com precisão ao tanque em incrementos de 10 mm (tamanhos intermédios mediante pedido) até um máximo de 3 m.

No meio, o sensor gera um campo de fluxo elétrico, formado pela condutividade elétrica e pelas propriedades capacitivas. Isto cria uma relação de tensão que é exatamente proporcional à parte imersa do comprimento da haste. Uma vez que apenas a relação das tensões é considerada, as propriedades do meio, em particular a condutividade elétrica, não influenciam o resultado da medição.

No NSL, o sensor determina o estado de imersão da haste do elétrodo no meio como informação adicional, recorrendo a um segundo método de medição. Este baseia-se na avaliação das propriedades de ressonância elétrica e assegura que a espuma é detetada e eliminada de forma proporcional. Deste modo, evitam-se medições erradas devido a aderência e espuma de forma fiável.

Para que produtos e aplicações é adequada a medição potenciométrica de nível?

Devido à insensibilidade à espuma e à acumulação, à excelente precisão de medição e ao tempo de resposta extremamente curto, a tecnologia de medição é adequada para uma vasta gama de meios e aplicações em fábricas de lacticínios, cervejarias, empresas de processamento de leite e bebidas, bem como nas indústrias alimentar e farmacêutica. Os únicos requisitos básicos são a condutividade do meio a ser medido e a limitação a uma altura máxima de contentor de 3 m.

O sistema de sensores NSL flexível e modular oferece uma aplicação fiável e precisa mesmo com meios difíceis e em aplicações exigentes. Os exemplos são:

• todos os tipos de líquidos, tais como produtos, água, meios CIP…
• aplicações como aquecedores de leite, fábricas de engarrafamento, fábricas de gelados, separadores, tanques de fabrico de cerveja, tanques de lauter, tanques horizontais…
• meios com espuma forte ou diferente, como cerveja, sumos, produtos lácteos…
• meios pastosos ou meios que aderem à haste do sensor, tais como cremes, gelados, ketchup, molhos…
• tanques pressurizados
• mudanças rápidas de nível de enchimento, por exemplo, durante o enchimento
• depósitos não metálicos
• diferentes meios num só depósito (adaptação automática à mudança de meio)
• formas de reservatório com possibilidades de instalação limitadas
• ambientes de produção com elevada tensão mecânica ou
• mecânicos ou químicos (agentes de limpeza)

Que sinais e parâmetros podem ser adquiridos e emitidos?

O processo de medição de alta precisão e a eletrónica inteligente nas várias versões do NSL fornecem muitos tipos de sinais diferentes:

• Altura de nível para 4…20 mA ou sinal digital IO-Link com precisão de medição <1%
• Sinal de aviso de funcionamento a seco
• Sinal de aviso de falha
• Limitação do sinal de underflow / overflow
• Limitação de erro underflow / overflow
• Simulação do sinal (3,95…20,05 mA)

A medição do nível permite a definição dos seguintes parâmetros:

• Ponto zero / desvio do nível de enchimento
• Inclinação do nível / Ganho
• Atenuação / Filtro
• Unidade física

O que é a medição de conteúdo por sistemas de pesagem?

Os sistemas de pesagem para deteção de nível são uma solução mais prática e precisa do que outras técnicas de medição em muitas aplicações. Com um programa de sensores comprovado no terreno, a Anderson-Negele também oferece soluções precisas, robustas e eficientes nesta gama de medição.

Em muitos recipientes de processo, tanques de armazenamento e silos, a determinação exata da quantidade de enchimento é particularmente desafiante. Os sistemas de medição clássicos, como sensores hidrostáticos, sondas potenciométricas ou radar, frequentemente atingem os seus limites. Não são suficientemente precisos, rápidos ou flexíveis em determinados ambientes de aplicação, nem práticos por razões técnicas ou económicos por razões de custos.

É o caso, nomeadamente, de:

• Reservatórios do processo com agitador. Aqui não podem ser instalados sensores que fiquem salientes no produto. A quantidade de substância está frequentemente em movimento, o que cria forças transversais dinâmicas. Além disso, nestes recipientes tem de ser possível medir e controlar ingredientes doseados com precisão e adicionados de forma dinâmica, mesmo durante o processo de funcionamento. Também são possíveis sistemas de agitação fechados com pressão negativa ou positiva.
• recipientes intercambiáveis para ingredientes, como na mistura de iogurte, que são livremente móveis. Por razões de conexão, mas também por razões de custo, estes não podem ser equipados individualmente com sensores de nível.
• Tanques armazenados horizontalmente. Aqui, uma pequena alteração no nível de enchimento já causa uma grande alteração no volume, e o movimento inerente (sloshing) dos líquidos também pode dificultar a medição por sensores de nível. As células de carga fornecem resultados mais fiáveis neste caso.
• Tanques para material seco, onde a distribuição irregular da massa (formação de pilhas, funis, orifícios de ar, etc.) pode tornar a medição de superfície incorrecta. Nestes tanques ou silos, as sondas de nível contínuas clássicas também não são frequentemente possíveis devido apenas ao seu tamanho / altura.

A solução: Transforme o seu contentor numa balança de precisão. Para mais informações, consulte a secção de produtos Sistemas de pesagem.