# Sensor de nível

Um sensor de nível é um dispositivo utilizado para controlar líquidos ou sólidos granulados acondicionados em reservatórios, silos e tanques – abertos ou pressurizados. O sensor detecta o nível de líquidos em reservatórios, através do movimento dos flutuadores que geram um sinal magnéticos (o sinal é transmitido a um sensor magnético). Sua aplicação é voltada para o controle de fluxo e na medição contínua. Existem vários tipos de sensores de nível para medição de líquidos, grãos ou granulados, podendo ser encontrados em vários ramos industriais. O controle de nível de líquidos é importante nos processos industriais e até no dia a dia, uma vez que encontramos equipamentos que necessitam do controle de nível, como a caixa d'água da casa e o tanque de combustível dos automóveis. Para verificar, quantificar ou controlar volumes de líquidos em recipientes, os sensores de nível fazem que o volume permaneça em um intervalo tolerado ou notificam o operador a variação de nível. Assim, permitem que os processos operacionais se realizem de maneira confiável. Suas aplicações são diversas, como: chocadeira (monitoramento e água utilizada para umidade), lavadoras (detecção do nível de água), saneamento e tratamento de água, climatizadores, cisternas etc.

## Funcionamento geral

Os sensores detectam os níveis na altura em que forem instalados, com contato ON/OFF de saída ou a distância com o sensor ultrassom. Os sensores do tipo ON/OFF podem acionar relés(relé é uma chave eletromecânica capaz de permitir ou bloquear a passagem de corrente em um circuito), CLP e contatores para desligar/ligar bombas d'água. Estes sensores trabalham em uma potência próxima de 20W, que é capaz de gerar uma corrente para a sinalização sonora ou visual.

## Exemplos de sensores de nível
### Medição de nível hidrostática

O que significa medição de nível hidrostática ou pressão hidrostática?
Sondas de nível ganham cada vez mais popularidade na medição contínua de nível devido sua fácil aplicação, instalação e comissionamento rápido. Porém, como funciona a medição de nível hidrostática, o que significa pressão hidrostática e como é possível uma medição confiável de nível utilizando este princípio de medição?
Sensores de nível baseados na medição de pressão hidrostática geralmente medem a altura de nível ou enchimento em um tanque conforme o seguinte princípio: um líquido gera, através de seu peso específico, uma pressão que aumenta proporcionalmente com a altura de coluna de água. Esta pressão geralmente é medida em M.C.A.(Metros de Coluna d'Água).
Assim, quando escolhemos uma sonda de nível, como por exemplo a sonda de nível modelo LH-20, mede-se a pressão na posição da sonda de nível e calcula-se a altura do nível da água.
A medição de nível hidrostática já é utilizada há vários anos e possui grande popularidade, representando aproximadamente 40% de participação de mercado.

### Medição de nível capacitiva

Esse medidores de níveis podem ser do tipo “ON-OFF” ou lineares (proporcionais)
Seu principio usa a mudança da capacitância, que é causado pela variação do nível do material entre a sonda de medição e a parede do reservatório . Se mergulharmos num recipiente uma barra condutora isolada , forma-se a capacitância entre ela e o recipiente. Essa capacitância é uma função do nível da substância medida.
O uso da medição por capacitância torna todo vaso em um capacitor gigante. Como no caso dos capacitores, os parâmetros importantes são as áreas das placas condutores A e a distâncias entre elas d e a constante do material armazenado E. A capacitância de um capacitor com placas paralelas é portanto dada
C= E.A/d
Nas aplicações industriais, toda a parede do tanque torna-se a placa negativa ou o terra so capacitor, o sensor ou sonda serve como placa positiva. O material entre a parede do tanque e o sensor, isto é, armazenado no tanque, torna-se o material dielétrico. Quando o tanque está vazio o material dielétrico é o ar, com constante dielétrica se torna igual a 1, devido aos outros material que possui dielétrica maiores que 1, a capacitância aumenta à medida em que o tanque é cheio.
Essa mudança de capacitância corresponde a subida ou descida do produto armazenado, podendo ser medida por um sensor intrusivo conectado a um circuito eletrônico de medição de capacitância. As alterações no nível podem ser indicadas por uma chave de controle digital liga/desliga (on/off) ou transmitida por um sinal de saída continuo 4-20 mA.
O método capacitivo de detecção de nível requer um enfoque quando o produto armazenado é condutivo e o outro não é . No caso do não-condutivo ou isolante , uma haste de metal pode ser usada como placa positiva . Como informado anteriormente , o material entre a haste e parede do tanque é dielétrico. No caso de produto condutivo, o efeito gerado será igual a conectado na parede do tanque com a haste sensora , portanto é requerido o uso de uma haste isolada. A isolação se torna um material dielétrico .
* Vantagens :
* Virtualmente imune a temperatura, vácuo e pressão;
* Fácil instalação;
* Construção robusta ou livre de manutenção;
* Baixo custo;
* Medição em baixo níveis de energia .
* Onde pode se aplicar um sensor de nível capacitivo?
A indicação de aplicação de um sensor de nível capacitivo é na realização da medição de materiais que apresentem, no mínimo, 1,2 de constante dielétrica. Isso faz desse sensor um equipamento fácil de ser aplicado durante o controle de materiais sólidos a granel, líquido com grande densidade e massas. O sensor de nível capacitivo deve trabalhar a uma temperatura que não supere 537ºC, a fim de evitar problemas em seu mecanismo.

### Sensor de nível de mercúrio

Quando o nível do liquido sobe e toca na parte inferior da boia ele inclina e nesse momento o interruptor de mercúrio abre o contato ou fecha x dependendo do modelo, permitindo ou impedindo a passagem elétrica desligando ou ligando bombas ou alarmes sonoros ou visuais
No caso da haste metálica compõem-se de uma haste rígida com uma boia na extremidade inferior e um núcleo de acionamento na parte superior. Quando o nível do tanque sobe a boia se desloca acompanhando o nível, empurrando a haste com o núcleo, o qual aciona uma ampola de mercúrio uma micro chave

### Sensor a potenciômetro

Um potenciômetro é ligado na extremidade do flutuador do qual a tensão de saída varia proporcionalmente ao nível do liquido

### Chave tipo pá rotativa

A chave tipo pá rotativa é um produto que possui um motor que gira a pá mecânica quando o material a granel não está presente. Quando material entra em contato com a pá, a resistência ao movimento é detectada fazendo com que o alarme seja acionado imediatamente.
A chave tipo pá rotativa tem autodiagnóstico, podendo ser utilizada como dispositivo de segurança, pois quando ela está dentro ou fora do material consegue verificar a ocorrência de falhas.
Ainda, esse tipo de chave realiza medição de nível mínimo, máximo ou intermediário de materiais sólidos a granel secos e polpas, com ágil identificação de falhas, prevenindo transbordamento, desperdício ou falta de material no recipiente.
* Especificações da chave tipo pá rotativa
O comprimento máximo da chave tipo pá rotativa é de 4,6, com temperatura máxima de trabalho de até 260ºC, utilizando o LAG (distanciamento da eletrônica) e a montagem pode ser no topo ou na lateral do recipiente.
A chave apresenta indicação do nível e das falhas por meio de LED e configuração de sensibilidade, permitindo ajuste do motor de aproximadamente 30%, para combinação de materiais em diversas densidades de material.
* Vantagens das funções da chave tipo pá rotativa
A chave tipo pá rotativa possui duas saídas à relé - para saída do nível e para o sinal do diagnóstico - além das principais especificações é conveniente considerar que cada tipo de pá é específico para determinados materiais e aplicações.
Devido à variedade de pás, a chave tipo pá rotativa é um produto de fácil instalação, que não exige qualquer chaveamento ou configuração.
A chave tipo pá rotativa tem vários tamanhos disponíveis, em material inox e em alumínio fundido, roscas NPT, BSP ou sanitária, com programação de delay de até 25s, alimentação elétrica Universal e aprovações UL, ATEX e IECEx.

### Boia ou flutuador

Consiste numa boia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contra peso esta fixada um ponteiro que indicará diretamente o nível de uma escala graduada. É geralmente encontrada em tanques abertos, fechados não pressurizados. O movimento da boia independe da densidade do líquido. Entretanto turbulência ou existência de espuma na superfície do líquido pode causar erro de medição. O sistema baseia-se na mudança da altura de um flutuador colocada na superfície do líquido, essa mudança de altura transmite a variação pelo sistema de roldanas ao contrapeso que indicará este valor na escala.
A escala geralmente é “invertida”, pois o nível vazio fica no topo da escala e o cheio em sua base.
Vantagens:
* Fácil instalação;
* Algumas boias permitem o ajuste e calibração;
* Confiabilidade alta.
Desvantagens:
* Podem ocorrer erros de medição quando o fluido estiver em condições turbulentas.

### Medição de nível através da chave de nível

Chaves de Nível, são utilizadas para controle de níveis de diversos líquidos, água, óleo etc.São instalados dois sensores, um no nível mais baixo e outro no nível mais alto, para permitir que o líquido fique dentro desta faixa, ou seja, não transborde e não esvazie. Os dois sensores são magnéticos, o flutuador carrega um imã que abre ou fecha o contato elétrico por meio da atração magnética, de acordo com sua posição.
Estes sensores também foram feitos para trabalhar como normal-aberto ou normal-fechado.
* Normal fechado: desliga a carga quando o relé é excitado.
* Normal aberto: liga a carga quando o relé é excitado
* Aplicações: este tipo de sensor é mais encontrado em controle de nível de água em reservatórios, como nas caixas d'água das residências. Também é encontrado em climatizadores, saunas e aquecedores, neste caso ele tem o papel de avisar o momento de repor a água.

### Medição de nível através do Sensor Ultrassônico

O sensor ultrassônico além de ser usado para detectar a passagem de objetos em uma linha de montagem ou detectar presença de pessoas, também pode ser usado para controle de nível de líquidos. Este sensor envia um pulso ultrassônico até o objeto desejado e este pulso é refletido para o mesmo. Como as ondas, o ultrassom sofre os fenômenos de reflexão, refração, difração e interferência e por isso é possível controlar o nível, uma vez que pelo processo de reflexão é possível identificar a distância que o líquido esta.
* Processo de reflexão de uma onda sonora :
* Velocidade= distancia/tempo
* V=2*d/t
* d=170*t (d= ditancia, t= tempo)
A imagem ao lado mostra um sensor de nível do tipo ultrasônico. Este sensor é da Universidade de Lavras -MG e é utilizado nas aulas de instrumentação do curso de Engenharia Mecânica. O sensor está localizado na parte superior, na cor vermelha. Ele evita que o líquido ultrapasse o limite estabelecido, assim o líquido não transborda.
* Cuidados:
O posicionamento correto e observações de possíveis interferências são fundamentais para o bom funcionamento do sensor. Já que consiste em um sensor que utiliza ondas.

## Aplicação dos sensores de nível

* Indústria alimentícia - os sensores nesse segmento industrial podem estar instalados em ambientes muito agressivos, por isso as características dos sensores para essa área devem ser muito
* Indústria automobilística - os sensores nesse segmento industrial podem estar instalados em ambientes muito agressivos, por isso as características dos sensores para essa área devem ser muito resistentes.
* Esteiras - esteiras existem em quase todas as áreas industriais. Não importa se sua área trabalha com pallets, caixas, peças, granulados, pedras ou tubulações para cada área o sensor mais adequado.