Princípio de medição
O princípio da medição do nível de deslocamento baseia-se no Princípio de Arquimedes.
Os instrumentos deste tipo determinam o nível do líquido, detectando a força flutuante exercida em um deslocador pelo líquido que ele desloca.
Ao contrário dos instrumentos tipo boia que tem como referência de medição a superfície do fluido. Os instrumentos de nível do tipo displacer o flutuador/deslocador fica totalmente imerso no fluido e se move muito pouco em relação ao nível total do líquido, esse movimento é causado pela força de empuxo exercida sobre esse flutuador.
Exemplo de cálculo de nível líquido - líquido da interface
A força aparente (Fa) = peso de flutuabilidade (F) - força de Arquimedes (Pa)… Veja abaixo a figura
(Fa) = (F) - (Pa)
A massa aparente é Fa / g = Ma = m - ρ1 x S x H - S x hinterface x [ρ2 - ρ1] (Equação [1])
O intervalo é:
Na hinterface = 0, então Ma = m - ρ1 x S x H
Na hinterface = H, então Ma = m - ρ2 x S x
ρ1: Densidade do líquido1 (kg / m3)
ρ2: Densidade do líquido 2 (kg / m3)
hinterface: Nível da interface entre o líquido 1 e o líquido 2 (m)
g: 9,81 (m / s²)
S: Seção deslocadora (m²)
H: Comprimento do deslocador (m)
A medição da interface requer sua própria conexão nas fases superior e inferior. A equação [1] é aplicável se houver apenas apenas uma variável.
A equação (1) pode ainda ser utilizada para medir densidade , neste caso o flutuador deve estar totalmente imerso no fluido.
Limitações
A medição de nível com displacer deve-se atentar para algumas limitações:
A leitura do nível do deslocador pode estar incorreta se a temperatura e / ou densidade do líquido no recipiente for diferente da temperatura do líquido no "stand-pipe" garrafa externa.
Fluidos com elevado índice de sujeira, formação de espuma e incrustação, bem como fluido turbulento ou presença de partículas sólidas no fluido (por exemplo, areia) a medição não é muito confiável.
As oscilações (por exemplo, alarme falso) e a corrosão afetam a medição do nível.
Os transmissores de deslocamento podem ter necessidades de manutenção mais altas quando o fluido for muito sujo ou apresentar muita incrustação.
Muitas falhas ocorrem devido à incrustação, congelamento do tubo de torque, suspensão do gancho do corpo imerso ou desconexão, falha do movimento angular do detector eletrônico, deslocamento do corpo imerso e alteração de massa do corpo imerso devido à corrosão.
Recursos adicionais podem ser necessários para eliminar efeitos turbulentos do líquido no corpo imerso.
Os transmissores de deslocamento podem ser muito mais difíceis de calibrar, principalmente se usados para medição de interface.
A remoção do corpo imerso de uma embarcação pode exigir equipamento especial.
Os deslocadores estão disponíveis em alguns comprimentos padrão, p. 0,36 ma 0,81 m, sendo os mais comuns.
Seleção
Os transmissores de deslocamento podem ser usados em uma ampla faixa de temperaturas e pressões.
Os transmissores de deslocamento devem ser adequados para a medição no nível da interface se as densidades forem significativamente diferentes e a alteração na densidade e a temperatura não afetar muito a leitura.
No caso do uso do medidor para medição de interface é admitido que a diferença entre densidade deve ser maior que 0,1 (caso tenha necessidade de fazer a medição em fluidos cuja a diferença de densidade for menor do que 0,1, deve-se avaliar o impacto na precisão)
Os instrumentos de nível do tipo deslocamento não devem ser usados em serviços severamente turbulentos, sujos, espumantes, incrustantes ou no caso de presença de partículas sólidas no fluido (por exemplo, areia). Essas condições levam a medições não confiáveis de instrumentos de nível de deslocamento.
Os instrumentos de nível do tipo deslocamento não devem ser usados para interfaces líquido-líquido onde houver potencial formação de emulsão.
Os instrumentos de nível do tipo deslocamento não devem ser usados em serviços líquido-líquido ou gasoso líquido onde a gravidade específica do fluido superior ou inferior não forem relativamente constante.
Os transmissores de deslocamento também podem ser usados para medição de densidade se o corpo imerso estiver permanente e totalmente imerso em um único fluido.
Projeto
Os deslocadores devem ser feitos de aço inoxidável ou outro material compatível com o fluido do processo.
O deslocador deve ter a altura de acordo com a faixa de nível para a aplicação.
Instalação
A instalação preferida para os deslocadores deve ser uma gaiola / câmara e instalada externamente na embarcação.
Válvulas de bloqueio, drenagem e ventilação devem ser instaladas para encher e esvaziar a câmara para realizar atividades de manutenção.
Os bicos dos vasos devem estar localizados em relação à medição do nível da interface.
As conexões do instrumento diretamente na parte inferior do vaso devem ser evitadas.
Calibração e configuração
A calibração deve ser realizada nas instalações do fabricante do produto e verificada antes das atividades de comissionamento.
A calibração pode ser realizada no local ou em uma bancada com pesos. A calibração de bancada com pesos deve ser realizada usando a massa aparente.
A calibração no local deve ser realizada usando um medidor de nível ou visor, se instalado. Caso contrário, um tubo externo flexível claro pode ser usado.
A figura abaixo descreve um arranjo típico que deve ser usado para calibrar os instrumentos montados na câmara "in situ".
O transmissor de nível do corpo imerso (ou qualquer outro transmissor de nível de flutuabilidade) usa o efeito de flutuabilidade. Quando o corpo imerso é imerso no fluido do processo, esse efeito de flutuabilidade tornará o corpo imerso mais leve que o corpo imerso não imerso.
Essa alteração do peso do corpo imerso é então detectada pelo sensor (seja usando tubo de torque ou LVDT) e depois convertida em nível de fluido.
Antes de calibrar o transmissor de nível do corpo imerso, devemos estar cientes de que o transmissor foi ajustado na fábrica conforme a Gravidade Específica (SG) do fluido do processo, enquanto usaremos a água como fluido de calibração.
Quando o corpo imerso é operado usando fluido de processo real, ele mostra 4 mA em nível baixo (o corpo imerso não está imerso) e 20 mA em nível alto (o corpo imerso está totalmente imerso).
Portanto, antes de calibrar o transmissor, precisamos calcular a equivalência desse efeito de flutuação se usarmos a água como fluido de teste em vez de usar o fluido de processo real (que na prática é muito difícil de obter).
Ferramentas típicas necessárias para calibração:
Fonte de alimentação de 24 VCC
Multímetro digital
Conexão de Abastecimento de Água
Comunicador HART
Jogo de chaves de fenda
Conjunto de chaves
Procedimento de calibração do transmissor de nível deslocador sem interface
1. Calcule o nível de água equivalente
Nível zero = corpo não imerso (não é necessário ajuste certo)
Calcule o nível alto usando esta equação:
(SG de operação do fluido de processo / SG de água) x Faixa de nível do transmissor
2. Instale o transmissor de nível deslocador na coluna ou no suporte temporário,
3. Encha a câmara do transmissor de nível com água até o centro do flange da parte inferior do compartimento LIT como um nível zero.
4. Usando o comunicador HART portátil, defina esse nível como nível zero (veja também no visor LCD do transmissor, ele deve mostrar nível zero).
5. Leia a saída em mA do transmissor usando um multímetro. Ajuste (se houver) através do comunicador HART para que a saída do transmissor (no multímetro) seja de 4 mA.
6. Encha a câmara do transmissor de nível com água até o nível alto de equivalência calculado acima.
7. Ao usar o comunicador HART portátil, defina esse nível como alto (veja também no visor LCD do transmissor, ele deve mostrar alto nível).
8. Leia a saída em mA do transmissor usando um multímetro. Ajuste (se houver) através do comunicador HART para que a saída do transmissor (no multímetro) seja 20 mA.
Procedimento de Calibração do Transmissor de Nível do Deslocador de Interface
1. Calcule o nível de água equivalente
Calcule o nível zero usando esta equação:
(Líquido de processo mais leve que opera SG / SG de água) * Faixa de nível do transmissor
Calcule o nível alto usando esta equação:
(SG de operação de fluido de processo mais pesado / SG de água) * Faixa de nível do transmissor
2. Instale o transmissor de nível deslocador na coluna ou no suporte temporário,
3. Encha a câmara do transmissor de nível com água até o nível zero de equivalência calculado acima.
4. Usando o comunicador HART portátil, defina esse nível como nível zero (veja também no visor LCD do transmissor, ele deve mostrar nível zero).
5. Leia a saída em mA do transmissor usando um multímetro. Ajuste (se houver) através do comunicador HART para que a saída do transmissor (no multímetro) seja de 4 mA.
6. Encha a câmara do transmissor de nível com água até o nível alto de equivalência calculado acima.
7. Ao usar o comunicador HART portátil, defina esse nível como alto (veja também no visor LCD do transmissor, ele deve mostrar alto nível).
8. Leia a saída em mA do transmissor usando um multímetro. Ajuste (se houver) através do comunicador HART para que a saída do transmissor (no multímetro) seja 20 mA.
Exemplo de cálculo do nível de água de equivalência:
Nível do transmissor de nível = 38 polegadas
Água SG = 1
Fluido do Processo SG = 0,84
Nível em 100% usando água como líquido de equivalência = (0,84 / 1) * 38 = 31,92 polegadas
Isso significa que o corpo imerso deve mostrar 20 mA enquanto enchemos a câmara de até 31,92 polegadas com fluido de água como fluido de teste.
Exemplo de Nível de interface
Nível do transmissor de nível = 38 polegadas
Água SG = 1
Líquido de processo mais leve SG = 0,695
Fluido de Processo Mais Pesado SG = 0,994
Nível zero de equivalência usando água = (0,695 / 1) * 38 = 26,41 polegadas
Isso significa que o deslocador deve mostrar 4 mA enquanto enchemos a câmara de até 26,41 polegadas com fluido de água como fluido de teste.
Nível 100% usando água como líquido de equivalência = (0,994 / 1) * 38 = 37,772 polegadas
Isso significa que o deslocador deve mostrar 20 mA enquanto enchemos a câmara de até 37,772 polegadas com fluido de água como fluido de teste.
Nota: Este procedimento de manutenção típico é apenas uma ilustração de como fazer a manutenção regular de um transmissor de nível de corpo imerso apenas para fins acadêmicos servindo apenas como referência ilustrativa. Este procedimento típico não deve ser usado como orientação de operação diária. O manual de manutenção específico do fornecedor deve ser usado em detalhes.
Fonte: Associação Internacional de Produtores de Petróleo e Gás
Agradecimentos: Subcomitê de Normas para Instrumentação e Autômatos IOGP (IASSC), Grupo BG, BP, Endress + Hauser, Emerson, Honeywell, Krohne, Petrobras, PETRONAS Carigali Sdn Bhd, Repsol, Siemens, Statoil, Total, Vega, Yokogawa.
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