À medida que as indústrias em todo o mundo se esforçam para melhorar o controle dos processos, a qualidade das medições dos processos é frequentemente negligenciada; ainda assim, a medição de{0}alta qualidade é um requisito para qualquer solução de controle. Não importa quão sofisticado seja seu sistema de aquisição de dados baseado em nuvem, DCS, PLC, SCADA ou-, sem dados de processo precisos e confiáveis, isso não importa.
Existem muitas tecnologias diferentes disponíveis, mas a mais utilizada é a pressão diferencial. A medição de nível usando um transmissor de pressão diferencial usa princípios bem{1}}compreendidos, é comprovada-em campo e oferece vantagens de custo em relação a outras tecnologias. Contudo, a medição do nível de pressão diferencial tem um grande inimigo: a temperatura.
A temperatura pode impactar negativamente a precisão da medição de nível. Este artigo explicará por que a temperatura tem esse efeito e como mitigá-lo.
Causa
A medição do nível de pressão diferencial funciona inferindo o nível do tanque com base na pressão diferencial medida. Para utilizar o método de pressão diferencial, o meio medido deve ter uma densidade constante. A pressão gerada pelo líquido no tanque é superior à pressão de referência. Se o transmissor utilizar um sinal analógico de 4 a 20 mA, ele deverá ser ajustado de forma que o sinal de 4 mA corresponda à pressão quando o tanque estiver vazio e o sinal de 20 mA corresponda à pressão quando o tanque estiver cheio.
A pressão de referência aqui mencionada pode variar dependendo do projeto do tanque. Um tanque aberto está aberto à atmosfera e usa a pressão atmosférica como referência. Num tanque fechado ou pressurizado, a pressão de referência é a pressão no topo do tanque.
Em um tanque fechado, o lado-de baixa pressão do transmissor é conectado à parte superior do tanque. Existem vários métodos de conexão diferentes, como intervalo-molhado e intervalo-seco. Contudo, um dos métodos mais comuns utiliza uma vedação remota conectada através de um tubo capilar. O tubo capilar é preenchido com líquido, que transmite a pressão ao sensor transmissor.
Nesta instalação, o transmissor de pressão diferencial mede a pressão do meio no tanque, a pressão na parte superior do tanque e a altura manométrica gerada pelo fluido de enchimento no tubo capilar. Essencialmente, a pressão gerada pelo fluido de enchimento é como um transmissor medindo o nível do tanque, mas o tanque está sempre 100% cheio. Todos os transmissores de pressão inteligentes atualmente no mercado podem medir a pressão da cabeça capilar. Contudo, como este fluido de enchimento está contido num volume muito pequeno e num tubo muito longo, é afectado pela temperatura. Tal como acontece com todos os líquidos, as alterações de temperatura provocam alterações na densidade (SG), que por sua vez provoca alterações na altura manométrica de pressão medida pelo transmissor. Conforme mencionado anteriormente, a densidade deve ser estável para usar o método de pressão diferencial.
Este efeito da temperatura pode surgir de diversas fontes diferentes. Isso pode ser causado pelo capilar de alta-pressão ser mais curto que o capilar de baixa-pressão, por temperaturas diferentes entre os lados de alta e baixa-pressão ou pelo capilar ser muito longo. Tudo isso pode ser corrigido com um sistema de níveis bem-projetado.
Métodos
Diferentes comprimentos de capilares: A indústria encontrou vários métodos para resolver os erros causados por esta situação. Isto é causado pelos diferentes volumes de fluido de enchimento em cada capilar. Os capilares mais longos são mais afetados que os mais curtos. Isso leva a um desequilíbrio entre os lados de alta-pressão e de baixa-pressão. Como esse desequilíbrio pode ser corrigido? Equilibre-os. O primeiro método é simples, mas eficaz. Simplesmente faça com que ambos os capilares tenham o mesmo comprimento. Isto garante que cada capilar experimente a mesma temperatura quando preenchido com o mesmo volume de fluido, equilibrando assim os efeitos. Uma segunda abordagem é manter o mesmo comprimento capilar, mas variar o diâmetro interno para equilibrar os efeitos da temperatura. Ambos os métodos são eficazes. O primeiro método pode ser um pouco mais caro, mas mais fácil de projetar. O segundo método requer algum esforço inicial de engenharia.
Diferença de temperatura: Em parques de tanques, é comum ocorrer uma diferença de temperatura entre as duas conexões de processo em um tanque. O objetivo do projeto de um parque de tanques é amontoar o maior número possível de tanques no menor espaço possível. Esse layout faz com que o transmissor/conexão do processo de alta-pressão/capilar de alta-pressão fique na sombra, enquanto a conexão do processo de baixa-pressão/capilar de baixa{5}}pressão fique sob luz solar direta. Como todos sabemos, existe uma diferença significativa de temperatura entre a luz solar direta e a sombra. Semelhante à solução acima, o projeto do sistema de medição de nível exige que ambas as conexões/capilares do processo “sintam” a mesma temperatura. A solução é adicionar um capilar de referência ao sistema. O capilar de referência é conectado ao lado de baixa-pressão e agrupado, estendendo-se ao longo do capilar-de alta pressão. Esse capilar de referência "transmite" a temperatura do capilar de baixa-pressão para o capilar de-alta pressão. Os dois capilares e o capilar de referência atingem o equilíbrio de temperatura, eliminando qualquer desequilíbrio de temperatura.
Tubos capilares longos: Quanto mais longo for o tubo capilar, maior será o efeito da temperatura no sistema. Capilares longos são usados em colunas de destilação altas, evaporadores e quaisquer tanques de armazenamento altos. Embora os métodos acima mencionados possam reduzir este efeito, o comprimento capilar é muitas vezes demasiado longo para estes métodos. Isto leva a medições imprecisas e níveis de líquido inutilizáveis. Então, como podem ser eliminados os efeitos da temperatura nestas aplicações? A resposta é simples-eliminar o tubo capilar. Diversas empresas no mercado oferecem sistemas que substituem o tubo capilar pela fiação elétrica. Esses sistemas possuem dois sensores de pressão diferentes, um localizado na conexão de alta-pressão e outro no lado de baixa-pressão. Os dois sensores comunicam-se através de fiação elétrica, que não é afetada pela temperatura. O sensor no conector do processo de alta pressão usa informações do outro sensor para gerar um sinal de saída de nível. Este sistema tem desvantagens, a primeira delas é o preço. Este sistema utiliza dois transmissores, enquanto um sistema de vedação capilar padrão possui apenas um, tornando-o duas vezes mais caro. Em segundo lugar, embora a precisão seja boa, um sistema-de transmissor/tubo capilar/selo diafragma bem projetado pode superá-la.
Conclusão
A temperatura pode afetar o desempenho desses dispositivos, mas uma solução-bem projetada pode atenuar esses efeitos. Usar a pressão diferencial para medir o nível do tanque é um método comprovado e-econômico. Ele fornece medição de nível precisa e confiável e transmite rapidamente essas informações ao controlador.
