Reginaldo Onofre, técnico de manutenção da Transpetro — há vinte e nove anos na empresa, sendo os últimos quatro na automação —, acredita que o tempo dá uma experiência ímpar para qualquer operador. E, como a filosofia da empresa é buscar eficiência, produtividade, segurança e praticidade de manutenção em qualquer projeto, migrar da manutenção para a automação traz toda essa expertise para uma das funções do técnico: a de analisar a automação de alguns projetos.

Preferindo se ater apenas ao campo de petróleo e gás, e não entrar em especificidades de produtos sólidos, Reginaldo comenta os passos que um consultor segue para sugerir ou não um medidor de nível — uma variável importante na indústria não somente para o operação do processo mas também para cálculos de custos e inventários. E os sistemas de medição variam em complexidade, de simples visores para leitura local ou remota, até registro e controles automáticos.

Para facilitar a compreensão, a definição mais simplória, para treinamentos básicos, de nível seria a altura do conteúdo de um reservatório contendo um líquido ou um sólido. E existem dois métodos para medição: um direto e outro indireto, sendo que o primeiro se utiliza da superfície do produto como sua referência, como uma bóia, um cabo com uma régua, ou uma trena milimetrada.

A medição indireta se utiliza outras variáveis para se obter nível – como, por exemplo, num tanque de diesel, usar a pressão hidrostática na base, que é proporcional à altura e, com a fórmula de volume, chega-se ao nível. A coluna vai ter um peso – que depende do produto — mas é preciso ter cuidados porque, com o aumento de temperatura, o peso de um produto pode modificar.

A força de empuxo também pode ser usada – é o princípio de Arquimedes, “um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do líquido deslocado”.

Pa = W - E
Pa = Peso Aparente
W = Peso real do deslocador
E = Empuxo sofrido pelo deslocador

Ou seja, também se consegue medir o nível através de um “flutuador” mergulhado no produto.

Segundo Reginaldo, a primeira pergunta que se faz quando se vai analisar a implantação de um medidor de nível é: só se precisa de uma idéia de quanto produto ainda resta — algo como vazio/metade/cheio — ou se precisa fazer transferência de custódia? Nesse último caso, existem muitos senões, porque se precisa de uma alta precisão.

Em transferência de custódia existe a necessidade de se comprovar que o total a pagar realmente confere com a quantidade comprada: se comprar 10 litros, é isso que se recebe. “Claro que existem medidores de vazão ultra precisos, mas procura-se utilizar ainda a medição de nível para dar maior segurança na medição. Somente a medição de nível pode gerar dúvidas – já que um tanque está sujeito a dilatação, diminuindo a altura do nível, mas o volume continua o mesmo. É preciso então estar com tanque arqueado por um profissional do Inmetro – seu medidor de nível tem que ter boa exatidão, com certificação – e aí sim se trabalha com incerteza de medição bem menor”, comenta Reginaldo.

Essa incerteza nunca vai dizer que a leitura é 100% correta, mas vai dar um percentual que, dentro de uma faixa — tanto para mais como para menos —, é o mais correta possível. Dessa forma, as partes envolvidas estão de acordo com aquele valor que possui uma incerteza naquela faixa, mas nunca fora dela.

Em alguns lugares que não têm condições de comprar um bom medidor de vazão, como os ultrassônicos — com precisão de 0,5% —, pode-se utilizar a medição do nível para transferência de custódia. Mas vale lembrar que os instrumentos utilizados têm que ser muito bons, para dar precisão à medição. “Aliás, precisão não se usa mais, agora pela nomenclatura internacional, o correto é falar exatidão”, lembra o técnico.

A medição direta utiliza muito a régua – em postos de gasolina, por exemplo —, gabarito e trena – ainda utilizada em tanques da Petrobras. Esse tipo de medição apresenta muitas incertezas porque depende da sensibilidade humana já que o operador sobe o tanque e insere uma trena milimetrada até um prumo maciço de cobre; então ele tem que parar a trena quando sentir que o prumo tocou o fundo do tanque, onde a pasta – passada na trena – muda de cor, faz a leitura do nível — qualquer inclinação na trena dá um nível superior ao real. “A incerteza é muito grande. Serve como referencial mas não para transferência de custódia”.

Existem, ainda, tanques pequenos, em que só se precisa saber se ele está vazio, pela metade ou cheio. Um tanque de diesel das caldeiras por exemplo: não há necessidade de muita exatidão, mas é necessário olhar de longe e ver sua carga. Aí um visor de nível transparente resolve, porque fica fácil de ver a coluna: barato, simples e direto, mas não se tem a informação à distância, é preciso alguém estar no local. Como a mão de obra é uma variável importante nas indústrias, um transmissor de nível pode levar o sinal até a sala de controle. “Mas se a empresa não pode gastar, um visor tubular ou plano – reflex ou não – resolve: são baratos, robustos, de fácil manutenção, não requerem energia elétrica. Em caldeiras sempre se coloca um visor de nível, mesmo que ela seja toda automatizada porque, se acontecer de faltar energia, você pode manter a segurança olhando o visor já que, numa caldeira pode faltar o que for, de operador a óleo, mas nunca água e a NR 13 exige pelo menos um visor transparente”, ressalta Reginaldo.

As medições indiretas podem ser feitas por capacitância, ultrassom, por pesagem, por raio gama, displacers (princípio de Arquimedes) ou pressão diferencial. Em um tanque aberto para a atmosfera você pode ter um transmissor que só meça coluna manométrica: custa barato e a instalação é fácil. Mas quando o tanque é pressurizado, como o tubulão de uma caldeira, utiliza-se transmissor diferencial porque, como a coluna é muito pequena, um transmissor na base não suportaria a pressão apenas em uma câmara, então utiliza-se um transmissor de pressão diferencial — onde forças iguais em sentidos opostos se anulam, fazendo com que a força da coluna seja suficiente para deslocar o sensor, tornando possível a medição.

Uma das mais antigas e interessante medições indiretas é o borbulhador, excelente para quando se tem um tanque enterrado e não há como colocar um transmissor na base, nem um visor de nível. Um displace fica caro mas ainda pode ser usado. No borbulhador, injeta-se uma quantidade de ar através de um tubo para criar a pressão hidrostática e, quando não sair mais nenhuma bolha, é porque a pressão está igual a do ar dentro do tubo. Então coloca-se aproximadamente 20% de ar a mais do que o nível máximo, que é para ficar borbulhando e aplica-se o mesmo transmissor de coluna que seria colocado na base, com uma válvula reguladora e outras acessórios. Calibra-se o LT com nível do tanque cheio e vazio, e assim têm-se valores diferentes entre esses pontos e a pressão – que varia- é proporcional ao nível!

Do projeto ao empreendimento

Segundo Reginaldo, as situações variam muito e quem define a automação precisa estar atento. “Uma coisa é resolver um problema em fase de projeto; outra bem diferente é ter que encontrar soluções para situações postas”. Um bom exemplo é como medir o nível de um tanque pronto sem tomada! Se não precisa de muita exatidão, facilita. Se no tanque existe uma válvula para limpeza, daí pode-se puxar uma derivação para o medidor. De outro lado, quando se está no projeto, pode-se imaginar várias soluções e testá-las porque o papel aceita tudo.

É bem recente a filosofia de consultar o pessoal da manutenção e automação na fase de projeto, mesmo em grandes empresas. “A Petrobras está buscando excelência em tudo. Ela sempre investiu muito no funcionário, o que significa que seus funcionários têm conhecimento e experiência. E ela está colocando essa expertise não apenas nas plantas já existentes mas também nos novos projetos”.

Então, para escolher um medidor de nível, é primordial saber a exatidão que é necessária, se é para transferência de custódia ou não — isso pode restringir a um ou dois tipos de instrumentos. Para medição de nível envolvendo transferência de custódia, o ideal é que seja uma medição por superfície e aí encaminha-se a solução para poucas e caras opções.

O segundo ponto a ser observado é como vai ser a comunicação entre os instrumentos. O que já existe e o que será implantado deve ser analisado porque o protocolo de comunicação também é um fator importante para a especificação: se é 4~20mA, Hart, Foundation Fieldbus, Profibus... Então, se a rede for necessária, encaminha-se a escolha para instrumentos inteligentes e protocolos abertos.

Aqui vale um reforço: as padronizações de sinais surgiram com a SAMA, na década de 60, porque cada fabricante fazia seu instrumento de um jeito: um com 4~20mA, 3~15PSI, outro de 0~20 PSI outro ainda de 10~50PSI e quando se tinha que trocar um instrumento tinha que ser exatamente do mesmo fabricante. Com a padronização internacional, todos os instrumentos passaram a ter saída de 3~15PSI - Pneumáticos. E aí você podia colocar “perfumarias” como supressor ou elevador de zero, mas o básico estava padronizado. Então surgiram os instrumentos eletrônicos/analógicos, os 4~20 mA, o mesmo está acontecendo com os protocolos de comunicação – Fieldbus Foundation

“Por que 3 ~ 15 ou 4~20mA? Por que não utilizar 0 a 15 ou 0-20mA ? É uma margem para a manutenção checar se uma falha é por falta de energia ou problema do equipamento — se estiver chegando o zero é porque não tem alimentação; o valor do zero é 4mA ou 3PSI. Em alguns lugares isso nem é primordial, mas imagine um navio encostando no porto, onde se paga caro por hora de atraso no bombeamento. A pergunta é: o instrumento não está funcionando ou falta alimentação? Essa padronização ajuda a equipe de manutenção a resolve o problema rapidamente”.

Já para o caso da exatidão não ser primordial, o que acontece em 90% dos casos é partir para análise de cada tipo de tecnologia. Se a leitura é local, pode ser visor plano ou tubular, ou régua; se a há exigência de transmissão ponto a ponto ou rede, parte-se para transmissores. Analisa-se todos as outras tecnologias para saber qual a melhor.

Analisando o produto a ser medido também se chega a restrições importantes. Em tanques utilizados no setor de petróleo – por exemplo com óleos pesados – não seriam indicados os transmissores de coluna líquida, porque normalmente estes fluídos estão sujeitos a intempéries e, se a viscosidade e a densidade mudarem por causa da temperatura, o peso da coluna muda e a medição vai se alterando. Então procura-se um instrumento mais elaborado e, com a utilização de protocolos de comunicação, busca-se instrumentos inteligentes. Dessa forma, as opções vão se afunilando. A última coisa a se olhar é o preço — a não ser que o orçamento seja realmente restritivo.

“Todo projeto foca para que o processo responda rápido, seja seguro, confiável, que tenha repetibilidade. A equipe de projetistas precisa receber alternativas para elaborar o melhor projeto – e aí estão envolvidas muitas outras variáveis como tempo e custo total”.
Mas todas as sugestões são apresentadas com justificativas técnicas. Segundo Reginaldo, algo muito importante que a manutenção exige na execução do projeto, é a documentação técnica dos instrumentos e do projeto – tudo deve estar no memorial descritivo.

Um outro passo importantíssimo quando está escolhendo os instrumentos, é verificar se a área é classificada ou não. Se for, os instrumentos têm que ser a prova de explosão ou ainda usar uma alimentação intrínseca – que não gera faísca. “O custo dessas opções é bem diferente, mas para áreas Ex não há saída: é preciso especificar bem, segundo as normas, para não gerar uma avaliação de risco que invalide todo um trabalho. E, se por um lado esses cuidados impõem morosidade aos projetos, dão muita segurança de que foi tudo bem analisado”.

Reginaldo acredita que esses passos valem para qualquer área. Como nos silos, que têm uma forma de tanque muito peculiar, de funil, que torna a medição diferenciada. Para medir o nível neles, usa-se as células de carga — cristais que se deformam sob pressão gerando uma saída proporcional ao peso. “ O que vai mudar são especificidades do produto.