A medição de nível é uma variável crítica para o controle e a segurança de processos em diversos segmentos industriais. Dentre os diversos métodos utilizados para determinar o nível de líquidos em reservatórios, tanques, poços ou represas, o uso de transmissores de pressão hidrostáticos se destaca por sua confiabilidade, simplicidade de instalação e custo competitivo.
Neste artigo você entenderá como funciona esse tipo de transmissor, suas aplicações mais comuns e os principais benefícios em relação a outras tecnologias.
O que são transmissores de pressão hidrostático?
Os transmissores de pressão hidrostáticos são equipamentos desenvolvidos para medir a pressão exercida por uma coluna de líquido.
Essa pressão, chamada de pressão hidrostática, é diretamente proporcional à altura da coluna de líquido sobre o ponto de medição e pode ser usada para determinar o nível do líquido com base na densidade do fluido e na aceleração da gravidade.
Em sua configuração mais comum, o sensor é submerso até o fundo do reservatório ou tanque. A pressão medida pelo sensor é convertida em um sinal elétrico proporcional (geralmente 4…20 mA), que pode ser lido por um CLP, indicador local ou sistema supervisório.
A equação básica utilizada é:
P = ρ . g . h
Onde:
- P = Pressão (na unidade Pa)
- ρ = Densidade do fluido (na unidade kg/m³)
- g = Aceleração da gravidade (na unidade m/s²)
- h = Altura da coluna de líquido (na unidade m)
Como os transmissores de pressão hidrostáticos medem o nível?
Como indicado na equação anterior, a pressão exercida no ponto de medição é diretamente proporcional altura da coluna de líquido sobre o sensor.
Normalmente queremos medir níveis que ficam entre dois valores de altura, que podemos chamar de hi (menor valor de nível) e hf (maior valor de nível), que são alturas medidas em relação ao ponto de medição.
As pressões que correspondem a essas alturas podem ser indicadas por Pi e Pf, e são dadas pelas equações abaixo:
Pi = ρ . g . hi
Pf = ρ . g . hf
Na maioria das aplicações, podemos considerar a aceleração da gravidade com um valor constante de aproximadamente 9,8066 m/s².
Além disso, a densidade do fluida é normalmente conhecida e assumida constante.
Dessa forma, podemos calcular os valores de pressão Pi e Pf e ajustar o transmissor para que o valor de 0% da saída corresponda à pressão Pi, e o valor de 100% da saída corresponda à pressão Pf.
Por exemplo, em um tanque com água limpa à 4 graus Celsius (ρ ≈ 1000,0 kg/m³), se queremos medir níveis entre hi = 5,0000 m e hf = 20,0000 m, podemos calcular que a faixa de medição de pressão do transmissor será de:
Pi = ρ . g . hi = 49033 Pa = 0,49033 bar = 7,1117 psi
até
Pf = ρ . g . hf = 196130 Pa = 1,9613 bar = 28,447 psi
Nessa configuração, se o transmissor estiver indicando 0% da faixa (saída de 4 mA no caso de um transmissor 4 a 20 mA), isso irá significar que o nível atual é de 5,0000 metros.
Caso o transmissor estiver medindo 50% da faixa (saída de 12 mA), o nível será de 12,500 metros. Finalmente, se o transmissor estiver medindo 100% da faixa (saída de 20 mA), o nível será de 20,000 metros.
Ou seja, para calcularmos o nível em metros a partir da leitura do transmissor, utilizamos a seguinte equação:
h = hi + p% . (hf – hi) = 5,0000 m + p% . 15,0000 m
Onde:
p% = Medição de pressão em porcentagem da faixa, considerando que a faixa de medição configurada é de Pi a Pf.
Principais aplicações dos transmissores de pressão hidrostáticos
Os transmissores de pressão hidrostáticos são amplamente utilizados nas seguintes aplicações:
1. Tanques industriais e reservatórios
Ideal para medição de nível de líquidos como água, ácidos, efluentes e produtos químicos em tanques abertos. A instalação do transmissor submerso no fundo do tanque evita interferências externas e proporciona medições estáveis.
2. Represas e barragens
Permite o monitoramento contínuo do nível da água com alta confiabilidade. Com cabos de imersão longos (até 1000 m), o sensor pode ser instalado em profundidades elevadas.
3. Poços artesianos profundos
Utilizado para medir o nível estático e dinâmico da água subterrânea. A robustez e a resistência do sensor à água garantem medição segura mesmo em condições de alta umidade e pressão.
4. Sistemas de saneamento e efluentes
Aplicado em estações elevatórias, decantadores e tanques de tratamento. Resiste à contaminação química e à imersão prolongada.
Vantagens do uso de transmissores hidrostáticos
A escolha por transmissores de pressão hidrostáticos para medição de nível oferece diversas vantagens:
- Instalação simples e direta, bastando submergir o sensor no ponto mais baixo do reservatório.
- Baixo custo de implementação em comparação com sistemas ultrassônicos ou radar.
- Alta precisão e estabilidade mesmo em ambientes com vapor, espuma ou agitação.
- Compatibilidade com sistemas de controle existentes através de saída padronizada 4…20 mA com comunicação HART.
- Resistência à umidade e à imersão prolongada com invólucros IP68 e materiais anticorrosivos.
Fatores que afetam a exatidão da medição hidrostática
Apesar da simplicidade conceitual, a medição de nível por transmissores de pressão hidrostáticos pode ser influenciada por diversos fatores:
Variação de temperatura: altera a densidade do fluido e pode impactar a precisão da conversão de pressão para nível.
Aglomeração de bolhas de ar: bolhas presas ao sensor ou na coluna líquida afetam a leitura.
Tanques fechados pressurizados: em tanques fechados onde há a presença de gases ou vapores pressurizados além do fluido cujo nível queremos medir, a pressão causada pelos gases ou vapores irá afetar a medição de pressão do transmissor hidrostático. Nesses casos, o mais indicado é a utilização de transmissores de pressão diferenciais com uma das tomadas de pressão conectadas na parte superior do tanque para cancelar a influência dos gases e vapores.
Caso a pressão gerada pelos gases ou vapores possa ser considerada constante, ainda é possível utilizar transmissores de pressão hidrostáticos, porém o valor da pressão dos gases deve entrar no calcula da faixa de pressão do equipamento para garantir medições corretas.
Formas irregulares dos tanques: quando queremos calcular volumes a partir da medição de nível, é importante considerar geometrias complexas ao relacionar a pressão medida ao volume do fluido no tanque.
Variações locais da gravidade: em grandes altitudes ou regiões com aceleração gravitacional com diferença significativa do valor comum, podem ocorrer pequenos desvios que devem ser corrigidos utilizando-se o valor apropriado da aceleração gravitacional no calcula da faixa de medição.
A calibração correta e, quando necessário, a compensação por temperatura do sensor de temperatura, ajudam a minimizar essas incertezas.
Seleção correta do sensor hidrostático para a aplicação
Para garantir a precisão e a durabilidade do sistema, alguns pontos devem ser considerados ao selecionar um transmissor de nível hidrostático:
Faixa de medição adequada
Selecione um sensor com faixa coerente com a profundidade máxima do reservatório e a pressão máxima à qual o sensor será submetido, mantendo margem de segurança.
Tipo de fluido
Água potável, efluentes, ácidos e solventes requerem materiais de invólucro e diafragma compatíveis.
Condição da instalação
Verifique a presença de agitadores, espumas ou sólidos em suspensão.
Condições elétricas e distância de cabeamento
Para grandes distâncias, escolha sensores com saída 4…20 mA e cabos blindados.
Cuidados com a instalação e operação em campo
A instalação correta é fundamental para assegurar a longevidade do transmissor e a qualidade da medição:
- Evite entupimentos no orifício de medição: mantenha o sensor em posição protegida de sedimentos ou obstruções.
- Proteja contra surtos elétricos e EMI/RFI: use filtros e blindagem adequados, especialmente em ambientes com motores ou inversores.
- Use prensa-cabos e respiros apropriados: especialmente para ambientes com vapor, umidade ou exposição prolongada ao tempo.
- Evite dobras excessivas ou tracionamento do cabo: isso pode comprometer a estanqueidade e a transmissão de sinal.
SHT110, o Transmissor de Nível Hidrostático da Sensycal
O SHT110 é um transmissor de nível hidrostático desenvolvido pela Sensycal para aplicações severas em medição de nível e pressão submersa. Entre seus destaques estão:
- Faixas de pressão ajustáveis de 1 mca até 500 mca;
- Saída 4 … 20 mA com protocolo HART integrado;
- Exatidão padrão de ± 0,1 % do span, com opção premium de ± 0,01%;
- Rangeabilidade 10:1 e tempo de resposta ≤ 200 ms;
- Invólucro em aço inoxidável 316L, grau de proteção IP68;
- Cabo de imersão de até 1000 metros, com respiro e blindagem.
O SHT110 pode ser configurado via softwares compatíveis com protocolo DTM FDT 2.0, permitindo total flexibilidade na parametrização em campo ou bancada.
Transmissores de pressão hidrostáticos como aliados no controle de nível
A medição de nível por transmissores de pressão hidrostáticos continua sendo uma solução confiável, robusta e amplamente validada na indústria.
Com opções como o SHT110 da Sensycal, é possível unir simplicidade de instalação, durabilidade em ambientes agressivos e precisão metrológica, tudo com integração total a sistemas de controle modernos.
Para saber mais sobre o SHT110 e suas aplicações, acesse: sensycal.com.br/produtos/sht110.
Nota técnica: A equação P = ρ · g · h utilizada para o cálculo de pressão hidrostática é uma fórmula clássica da física aplicada em instrumentação industrial. Referência: White, F. M. (2016). Mecânica dos Fluidos, 8ª edição. McGraw-Hill; Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2011). Fundamentos de Física, Volume 2. LTC.
