Em tanque pressurizado, a sonda hidrostática comum soma a pressão do gás à da coluna de líquido e indica nível maior que o real: cada 1 bar vale cerca de 10,2 m de coluna de água. A solução é o transmissor de pressão diferencial, que cancela a pressão do gás com tomadas no fundo e no topo.
Em um tanque aberto, a sonda hidrostática é uma das formas mais diretas de medir nível: a pressão da coluna de líquido vira um sinal 4-20 mA proporcional à altura. Em um tanque fechado e pressurizado, o mesmo instrumento pode entregar uma leitura completamente errada, porque a pressão do gás sobre o líquido entra na medição. Este artigo explica por que isso acontece, como medir nível em tanque pressurizado com pressão diferencial e quais outras tecnologias podem ser avaliadas.
O que muda quando o tanque é pressurizado
Em um tanque aberto, a superfície do líquido está à pressão atmosférica. A sonda hidrostática com cabo ventilado usa justamente a atmosfera como referência: o que ela mede é só o peso da coluna de líquido.
Em um tanque fechado, existe um gás ou vapor sobre o líquido, e a pressão desse espaço pode ser bem diferente da atmosférica. Pode ser positiva, como em vasos pressurizados, ou negativa, como em processos a vácuo. Essa pressão também atua sobre o fundo do tanque e se soma ao peso do líquido.
Aberto, fechado com respiro, pressurizado e a vácuo
Nem todo tanque fechado é pressurizado, e essa distinção define se a sonda hidrostática pode ser usada:
- Tanque aberto: a pressão sobre o líquido é a atmosférica, e a sonda hidrostática é adequada.
- Tanque fechado com respiro livre: a pressão fica próxima da atmosférica, e a sonda pode ser adequada se o respiro estiver desobstruído.
- Tanque fechado e pressurizado: a pressão do gás entra na leitura, e a sonda comum não é adequada.
- Tanque fechado a vácuo: a leitura fica abaixo do nível real, e a sonda comum também não é adequada.
De onde vem a pressão sobre o líquido
A pressão no espaço de gás pode ter origens diferentes, e saber qual é a do seu processo ajuda a avaliar o tamanho do problema:
- Pressão de processo: o tanque recebe gás ou ar comprimido, ou fica ligado a uma linha pressurizada, como em reatores, vasos separadores e tanques de pulmão.
- Atmosfera inerte (blanketing): o espaço acima do líquido recebe nitrogênio ou outro gás inerte para evitar oxidação ou formação de mistura inflamável, mantendo uma pressão ligeiramente positiva.
- Vapor do próprio líquido: em produtos aquecidos ou voláteis, o vapor gerado aumenta a pressão no topo do tanque conforme a temperatura sobe.
- Vácuo de processo: em evaporadores, secagem ou processos de desgaseificação, a pressão no tanque é intencionalmente reduzida.
A pressão do gás nem sempre é constante
Um ponto que complica a ideia de simplesmente "descontar" a pressão do tanque da leitura: ela costuma variar. A pressão de blanketing oscila com a regulagem, o vapor muda com a temperatura, e a pressão de processo muda com a operação. Um desconto fixo corrigiria a leitura em um momento e a distorceria em outro. Por isso, a medição precisa cancelar a pressão do gás no próprio instrumento, em tempo real, e não por ajuste manual.
Como saber em qual caso você está
Antes de especificar o instrumento, vale responder a três perguntas sobre o tanque:
- O tanque tem respiro livre para a atmosfera, ou está selado?
- Existe injeção de gás, aquecimento ou vácuo que altere a pressão sobre o líquido?
- Qual é a faixa de pressão no espaço de gás, incluindo valores máximos e mínimos de operação?
Se a resposta indicar pressão diferente da atmosférica, o método de medição precisa levar essa pressão em conta, como mostram as próximas seções.
Por que a sonda hidrostática comum não resolve
1. A referência é a atmosfera, não o tanque. O elemento sensor no fundo recebe a pressão da coluna de líquido mais a pressão do gás. O lado de referência, pelo tubo de respiro do cabo, só enxerga a atmosfera. O instrumento interpreta toda a diferença como nível. Esse é o mesmo princípio que separa as sondas compensadas das não compensadas: a compensação atmosférica só funciona quando a superfície do líquido está à pressão atmosférica.
2. O erro pode ser grande. Cada 1 bar de pressão no tanque equivale a cerca de 10,2 MCA. Em um vaso com 3 bar de pressão sobre o líquido, uma sonda comum indicaria algo próximo de 30 MCA a mais do que o nível real. O sinal é estável e parece coerente, e por isso o erro costuma passar despercebido.
3. O cabo ventilado não combina com um vaso pressurizado. Para funcionar, o respiro do cabo precisa ficar aberto para a atmosfera. Em um tanque pressurizado, isso significaria atravessar a parede do vaso com um caminho de comunicação com o exterior, o que é inviável do ponto de vista de segurança e de estanqueidade.
4. O vácuo também distorce a leitura. Se a pressão no tanque for inferior à atmosférica, o erro tem o sentido oposto, e a leitura fica abaixo do nível real.
Como medir nível em tanque pressurizado: pressão diferencial
A solução clássica para tanques fechados é o transmissor de pressão diferencial. Ele tem duas tomadas:
- Lado de alta (Hi): conectado à parte baixa do tanque, onde recebe a pressão do gás mais a pressão da coluna de líquido.
- Lado de baixa (Lo): conectado ao topo do tanque, onde recebe apenas a pressão do gás.
Como a pressão do gás chega aos dois lados, ela se cancela na diferença. Sobra apenas a pressão da coluna de líquido, que é proporcional ao nível. Esse é o método descrito em materiais didáticos de instrumentação, como a aula de instrumentos de nível da USP e o capítulo sobre medição de nível da UFG.
Exemplo de cálculo
Em um tanque com líquido de densidade relativa 1,2, o transmissor mede uma diferença de pressão de 6 MCA, que equivale a cerca de 0,59 bar. O nível é a diferença de pressão dividida pela densidade relativa: 6 ÷ 1,2 = 5 metros. A pressão do gás não aparece na conta. É a mesma correção de densidade usada para converter profundidade em MCA quando o líquido não é água.
Perna seca, perna úmida e ajuste de zero
- Perna seca: a linha da tomada de baixa contém só gás. É a configuração mais simples, indicada quando o gás não condensa.
- Perna úmida (selagem líquida): quando o vapor condensa e pode encher a linha de baixa de forma irregular, ela é preenchida de propósito com um líquido de selagem. Isso estabiliza a medição.
- Supressão e elevação de zero: quando o transmissor fica abaixo da tomada de alta ou quando a linha de baixa tem coluna de líquido, o zero do instrumento precisa ser ajustado para compensar essas colunas. Esse ajuste faz parte da configuração, não é um detalhe opcional.
Para fluidos viscosos, corrosivos ou muito quentes, existem arranjos com selos remotos. Vale confirmar com a equipe técnica da Megga quais configurações estão disponíveis para a sua aplicação.
O transmissor de pressão diferencial da Megga
O MGG-TP-DF usa sensor piezorresistivo em aço inox AISI 316L, saída 4-20 mA em dois fios e ajuste de Zero e Span em campo, o que ajuda no acerto do zero depois da instalação. A conexão ao processo é feita conforme a necessidade do cliente. A faixa de pressão deve ser definida pela altura do tanque e pela densidade do líquido, usando o mesmo raciocínio de dimensionamento visto nos artigos sobre nível hidrostático.
Alternativa: dois transmissores de pressão
Outra forma de eliminar a pressão do gás é usar um transmissor de pressão no fundo e outro no topo, e subtrair as duas leituras no CLP. A vantagem é usar instrumentos comuns. A desvantagem é que as incertezas dos dois se somam, e a faixa dos transmissores precisa cobrir a pressão total do tanque, o que reduz a resolução da parte útil da medição. Por isso, o diferencial costuma ser preferido quando o nível é a variável principal.
Outras tecnologias para tanques fechados
| Tecnologia | Como lida com a pressão do tanque | Ponto de atenção |
|---|---|---|
| Pressão diferencial | A pressão do gás é cancelada pelas duas tomadas | Linhas de impulso e ajuste de zero |
| Radar (sem contato ou por onda guiada) | Mede a posição da superfície, em geral sem depender da pressão do gás | Limites de pressão e temperatura do modelo e propriedades do fluido |
| Ultrassônico | Mede a distância até a superfície | Costuma ter limites de pressão e ser sensível a vapor e espuma |
| Chave de nível | Detecta pontos fixos, como nível baixo e alto | Não informa o valor contínuo do nível |
A Megga tem em sua linha de nível o transmissor tipo radar MGG-RADAR, sem contato, com faixa de 0 a 20 metros, e as chaves de nível, que podem complementar a medição contínua como alarme independente. Confirme os limites de pressão e temperatura de cada modelo na ficha técnica antes de especificar.
Critérios para escolher a solução
- Pressão e temperatura de operação do tanque, incluindo picos e condições de vácuo.
- Característica do fluido: corrosivo, viscoso, condensável, com espuma ou com densidade variável.
- Variação de densidade com a temperatura, que exige compensação em medições de maior exatidão.
- Formato do tanque: em tanques horizontais ou com fundos abaulados, a relação entre nível e volume não é linear.
- Acesso para tomadas de instrumentação, que podem exigir intervenção no vaso.
- Saída e integração: o sinal 4-20 mA é o padrão mais usado para levar a leitura ao painel ou ao CLP, como mostra o artigo sobre como visualizar o nível de tanques em tempo real com transmissores de pressão e CLP.
Cuidados de instalação
- Mantenha as linhas de impulso curtas, sem pontos onde possam se formar bolsas de ar ou de condensado.
- Use válvulas de bloqueio e equalização, para isolar o instrumento e conferir o zero sem esvaziar o tanque.
- Faça o ajuste de zero com as duas tomadas equalizadas e confira o resultado com o tanque em uma condição de nível conhecida.
- Trate as tomadas no vaso como parte do equipamento. Tanques e vasos pressurizados podem se enquadrar na NR-13, conforme pressão, volume e classe do fluido, e qualquer intervenção deve seguir o projeto e a gestão de integridade do equipamento, com o responsável técnico.
Conclusão
A sonda hidrostática é a escolha certa para tanques abertos, mas em tanques fechados e pressurizados ela mede o nível somado à pressão do gás. A pressão diferencial resolve o problema ao cancelar a pressão do gás entre as duas tomadas, e o radar e as chaves de nível aparecem como alternativas ou complementos, conforme a aplicação. Antes de especificar, vale levantar pressão, temperatura, características do fluido e formato do tanque. Em caso de dúvida, o suporte técnico da Megga pode ajudar a avaliar a sua aplicação.
Perguntas frequentes
Posso usar uma sonda hidrostática em um tanque com pouca pressão?
Mesmo uma pressão baixa gera erro, porque ela é lida como nível. Se a pressão for desprezível frente à faixa da sonda e o tanque tiver respiro livre para a atmosfera, a leitura pode ser aceitável, mas esse caso é de tanque aberto, e não pressurizado.
Qual a diferença entre perna seca e perna úmida?
Na perna seca, a linha da tomada de baixa contém só gás. Na perna úmida, ela é preenchida com líquido de selagem, para evitar que a condensação do vapor altere a medição de forma irregular.
Transmissor de pressão comum no fundo do tanque resolve?
Não, ele mediria a pressão do gás mais a pressão da coluna. Para isolar o nível, é preciso medir a pressão do topo também, seja com um transmissor diferencial, seja com dois transmissores e subtração no CLP.
Radar substitui a pressão diferencial em tanque pressurizado?
Pode ser uma alternativa em muitos casos, porque mede a posição da superfície. A escolha depende dos limites de pressão e temperatura do modelo e das características do fluido.
Preciso interromper o processo para instalar as tomadas?
Em geral, sim, porque as tomadas exigem intervenção no vaso. O planejamento deve ser feito junto ao responsável técnico do equipamento.
Fontes
Revisado por Equipe técnica Megga Instrumentos, Engenharia e assistência técnica, em
Equipe técnica Megga Instrumentos
Engenharia e assistência técnica · Fabricante nacional de instrumentos de medição de nível, pressão e temperatura, em Itu (SP)
A equipe técnica da Megga Instrumentos especifica, fabrica, calibra e dá assistência a instrumentos de medição de nível, pressão e temperatura. No blog, a equipe explica como escolher o instrumento, como instalar e ligar ao painel, como calibrar e como evitar falhas no processo.
