Que sensor de nível escolher?

Em todos os processos industriais que envolvam armazenamento de produtos em tanques, silos e outros reservatórios, é necessário conhecer o nível do seu conteúdo ou, pelo menos, detetar níveis pré-definidos. É essa a função das chaves de nível e dos sensores de nível. Embora os dois termos sejam muito parecidos, em bom rigor designam dispositivos diferentes. Uma chave de nível (ou interruptor de nível) realiza uma medição pontual, indicando a presença ou a ausência de produto num determinado nível, enquanto um sensor efetua uma medição contínua, fornecendo informação em tempo real sobre o nível do produto. A chave de nível é, portanto, utilizada para acionar um alarme ou para desencadear uma ação no processo em que está inserida, quando for atingido o nível pré-definido. Existem várias tecnologias de medição de nível, cada uma com as suas vantagens e desvantagens, por isso a escolha irá depender da aplicação prevista.

Sensores de nível: ver produtos

Como escolher um sensor de nível?

Sensores de nível VEGA

Para escolher a tecnologia que melhor se adapta ao processo em causa, é importante conhecer o tipo de produto que se pretende medir, mais precisamente se este é líquido, pastoso ou sólido. Caso seja líquido, importa saber se ocorre formação de espuma na sua superfície, por exemplo.

As tecnologias de medição de nível dividem‑se em duas categorias principais: com contacto e sem contacto entre o sensor e o fluido (produto). As tecnologias sem contacto são mais adequadas para condições de operação extremas ou para produtos agressivos. A medição de nível sem contacto tem também a vantagem de não acarretar qualquer risco de contaminação do produto.

Como para qualquer outro sensor, a faixa de medição é um critério importante. No caso dos sensores de nível, deve‑se levar em conta não só a amplitude a medir mas também a localização do sensor em relação à superfície do produto. Por exemplo, se contamos instalar um sensor na parte superior de um silo e aquele ficar 1 metro acima da altura máxima do produto, temos que adicionar esse metro ao intervalo de nível que queremos medir, para calcularmos a faixa de medição necessária.

Além disso, o sensor de nível deve apresentar resistência às condições de pressão e temperatura do processo e possuir um sinal de saída compatível com a cadeia de medição: saída analógica ou digital, visor ou não, existência de um relé de saída, etc.

Tipo de sensor	Tipo de fluido	Vantagens	Desvantagens
Sensor tipo boia	Líquidos	Medição precisa Insensível a espuma e à viscosidade Preço acessível, sem manutenção	Sensível a ondulação na superfície Pequena faixa de medição (< 1 m) Inadequado para produtos corrosivos
Sensor hidrostático	Líquidos	Medição precisa Insensível a espuma e à viscosidade Fácil de instalar Ampla faixa de medição	Manutenção regular Necessário esvaziar o reservatório para a montagem, desmontagem e manutenção do sensor
Sensor de radar	Líquidos Sólidos Pastas	Medição sem contacto Sem manutenção, fácil de instalar Medição muito precisa Faixa de medição ajustável Resistente a temperaturas elevadas até 450°C	Sensível a produtos eletrocondutores
Sensor de radar de onda guiada	Líquidos Sólidos Pastas	Medição sem contacto Medição muito precisa Insensível a turbulência na superfície do produto Insensível às condições ambientais Ampla faixa de medição	Sensível a produtos eletrocondutores
Sensor ultrassónico	Líquidos Sólidos	Medição sem contacto Medição precisa Autolimpeza, sem manutenção Ampla faixa de medição Fácil de instalar	Sensível a variações de temperatura Sensível a pressões e temperaturas extremas Não adequado para produtos com formação de espuma ou que libertem poeiras Sensível a produtos eletrocondutores
Sensor capacitivo	Líquidos Granulados Produtos em pó	Fácil de instalar Resistente a temperaturas e pressões muito elevadas Robusto Insensível a materiais viscosos e aderentes
Sensor radiométrico	Todos os tipos de fluidos	Adequado para todas as aplicações Medição sem contacto Insensível às características do produto Resistente a produtos agressivos Resistente a temperaturas e pressões extremas	Tecnologia de preço elevado Manutenção regular

Quando optar por um sensor de nível tipo boia?

Sensor de nível tipo boia WIKA

O princípio de funcionamento dos sensores de nível tipo boia é relativamente simples: a boia (ou flutuador) está em contacto direto com o líquido e move‑se ao longo de uma haste vertical, acompanhando as variações de nível. Para conhecer o nível do líquido, basta medir a posição da boia na haste.

São sensores precisos, que utilizam uma técnica simples e de eficácia comprovada. A medição não é afetada pela viscosidade do líquido nem pela presença de espuma na sua superfície. No entanto, é sensível a turbulência na superfície do líquido, como, por exemplo, ondulação. Trata‑se de sensores de baixo custo e que não requerem manutenção regular. Contudo, não podem ser utilizados com fluidos corrosivos.

A faixa de medição está limitada ao comprimento da haste e é normalmente inferior a um metro.
Quando optar por um sensor de nível hidrostático?

Sensor de nível hidrostático da BinMaster

Os sensores de nível hidrostáticos são sensores de pressão submersíveis. Medem a pressão hidrostática, que é proporcional à altura do líquido acima do sensor. Esta tecnologia só pode ser utilizada com produtos líquidos.

Os sensores de nível hidrostáticos (também ditos “com borbulhador”) oferecem uma ampla faixa de medição e não são afetados pela formação de espuma na superfície do líquido. No entanto, a medição depende da densidade do líquido e da pressão no interior do tanque. É uma tecnologia precisa e fácil de instalar (o sensor é geralmente montado no fundo do tanque), amplamente utilizada na indústria alimentar e em estações de tratamento de água. Contudo, requer manutenção regular para remover os sedimentos que se vão acumulando na membrana e, assim, evitar erros de medição. Além disso, para montar, desmontar ou efetuar a manutenção de um sensor no fundo do tanque, será necessário esvaziar o tanque primeiro.
Quando optar por um sensor de nível de radar?

Sensor de nível de radar AMETEK Drexelbrook

O sensor de nível com radar é montado na parte superior do tanque, por cima do produto. O dispositivo envia micro-ondas para a superfície do produto, que as reflete de volta para o sensor. A partir da medição do tempo decorrido entre a emissão da onda e a receção da onda refletida, é possível calcular a distância entre o sensor e a superfície do produto e determinar o nível deste.

A principal vantagem dos sensores por radar é que permitem medir o nível de todos os tipos de produtos (líquidos, pastas, sólidos, etc.), à exceção dos eletrocondutores. Ademais, são extremamente precisos e insensíveis às propriedades do produto (temperatura, pressão, densidade, condutividade, etc.).

Como efetuam a medição sem contacto, podem ser usados em condições ambientais agressivas, com fluidos abrasivos, corrosivos, etc.

Um outra vantagem destes sensores é a sua acessibilidade, pois são instalados acima do nível máximo do produto, normalmente na parte superior do reservatório. Por conseguinte, podem ser montados e desmontados sem haver necessidade de esvaziar previamente o reservatório.

Existe uma variante desta tecnologia, os designados sensores de radar de onda guiada. O seu princípio de funcionamento é idêntico ao dos restantes sensores de radar, com a diferença de que as micro-ondas são guiadas por uma haste ou por um cabo imerso no produto. Por conseguinte, estes sensores são menos sensíveis a perturbações, em particular na superfície do produto (por exemplo, agitação, formação de espuma, acumulação em forma cónica dos granulados, etc.) ou relacionadas com elementos presentes no interior do tanque (elementos estruturais ou com superfícies refletoras).
Quando optar por um sensor de nível ultrassónico?

Sensores de nível ultrassónicos Microsonic

Tal como os sensores de nível tipo radar, os sensores de nível ultrassónicos são montados por cima do produto, a uma certa distância deste. Têm um princípio de funcionamento semelhante. Neste caso, os sensores emitem ondas ultrassónicas, que são depois refletidas pela superfície do produto. Medindo‑se o tempo de trânsito da onda desde a sua emissão à receção da onda refletida, pode calcular-se a distância entre o sensor e a superfície do produto e, logo, o nível deste.

Esta tecnologia permite uma medição sem contacto e apresenta as mesmas vantagens que os sensores de radar, ou seja, é fácil de montar e desmontar, e não exige o esvaziamento do reservatório.

Mas tem uma vantagem em relação à tecnologia de radar: as vibrações ultrassónicas emitidas pelo sensor garantem uma autolimpeza constante, evitando a obstrução do sensor, por exemplo, por depósitos de partículas sólidas.

Estes sensores também oferecem uma ampla faixa de medição, o que permite a sua utilização em inúmeras aplicações.

Os sensores ultrassónicos são indicados para medir o nível de líquidos e sólidos, mas não de produtos que possam formar espuma ou libertar poeiras, pois estes elementos absorvem parcialmente as ondas, interferindo nos resultados da medição. Além disso, estes sensores são sensíveis a variações de temperatura e inadequados para funcionar com temperaturas e pressões elevadas.
Quando optar por um sensor de nível capacitivo?

Sensor de nível capacitivo UWT

Os sensores de nível capacitivos funcionam como um condensador elétrico (ou capacitor). O sensor é uma das placas do condensador e a parede do reservatório a outra, sendo que o valor da capacitância deste conjunto depende diretamente do nível do produto no tanque.

Os sensores capacitivos distinguem‑se pela sua grande robustez, podendo resistir a temperaturas e pressões muito elevadas. São fáceis de montar e mantêm a sua fiabilidade mesmo com produtos viscosos ou altamente aderentes. Podem medir produtos líquidos, granulados ou em pó. Além disso, contrariamente aos sensores ultrassónicos e de radar, os sensores capacitivos não são sensíveis a produtos eletrocondutores.

Estes dispositivos são bastante utilizados nas indústrias química, alimentar e de transformação de plásticos.
Quando optar por um sensor de nível radiométrico?
Os sensores de nível radiométricos utilizam uma fonte radioativa e um sensor. A fonte emite raios gama, que são atenuados ao passarem através de um fluido. A fonte e o sensor são colocados em lados opostos do tanque, de modo a que o feixe de raios gama atravesse o conteúdo deste e seja captado pelo sensor. O grau de atenuação dos raios gama é diretamente proporcional à quantidade de massa atravessada pelo feixe e, portanto, ao nível do produto no tanque.

Este tipo de sensor tem como principal vantagem poder ser utilizado para toda e qualquer aplicação. Como é instalado no lado exterior do tanque (os raios gama passam através das paredes deste), efetua a medição sem contacto, de forma não intrusiva, e pode ser montado e desmontado sem que seja necessário interromper o processo de produção. O sensor é insensível às características do produto. Como tal, pode ser usado com fluidos agressivos e em condições de temperatura e pressão extremas.

Trata‑se de uma técnica fiável e, apesar da utilização de raios gama, bastante segura para os trabalhadores.

Todavia, devido ao seu custo bastante elevado, só se recorre a esta tecnologia quando não é possível utilizar outro tipo de sensor.