Edição 226 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 226 – 2017

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Aquisição de instrumentos deve priorizar especificação técnica

De acordo com a pesquisa “Mercado de Sensores de Nível por Tecnologia, Tipo de Monitoramento, Usuários Industriais e Geografia - Tendências Globais e Previsão para 2022”, da MarketsAndMarkets, espera-se que o mercado total de sensores de nível atinja US$ 4,89 bilhões até 2022, com um crescimento ao ano de 5,4% durante o período.

Os sensores de nível sem contato direto com o processo representam a maior parcela desse crescimento.

Outro relatório, da Brisk Insights, espera que o mercado global de transmissores de nível cresça 4,3% a.a. durante o período 2016-2022. Esse crescimento parece sustentar-se no setor de energia focado em parâmetros de segurança devido aos vários acidentes causados por derramamento ou excesso de materiais, eventos que reforçam a necessidade da adoção de transmissores e sistemas de instrumentos de segurança baseados em SIL. Mas nem todos os problemas surgem por má especificação; alguns são resultado de políticas que focam a aquisição de instrumentos/equipamentos baseadas em preço antes de tecnologia.

Os sensores de nível sem necessidade de contato direto com o processo vêm sendo cada vez mais adotados em várias aplicações e estão substituindo os sensores com contato devido à sua maior precisão e flexibilidade na detecção e medição de nível. Eles logo serão a tecnologia ideal aplicações de medição de nível para líquidos e sólidos a granel.

Em plantas de processo, uma porcentagem significativa dos dispositivos de medição não está corretamente aplicada, levando à redução da qualidade e consistência dos valores encontrados na medição. Muitas vezes, a fonte deste problema é a suposição de que um tipo de sensor se adapta a múltiplas aplicações.

Por exemplo, um sensor flutuador pode atender a sua finalidade adequadamente em um ambiente completamente líquido, mas, quando o líquido contém partículas ou sólidos em suspensão, as circunstâncias mudam, comprometendo a precisão. Para manter um bom resultado nas medições, é importante a seleção do dispositivo de medição adequado para cada aplicação.

Não existe uma solução de “tamanho único”. Infelizmente, as empresas e os indivíduos costumam ser tentados a ignorar uma minuciosa especificação para os sensores – e não limitado a eles. Mas, para garantir a escolha do sensor certo para a segurança a longo prazo, os engenheiros devem considerar todos os fatores possíveis e os compradores precisam estar atentos a eles, não apenas ao preço de aquisição. Afinal, em uma aplicação perigosa, um sensor de nível – ou qualquer outro equipamento – especificado incorretamente pode se tornar a fonte de um grande incidente.

Uma questão comum é: “É tão importante fazer perguntas detalhadas para decidir sobre um simples medidor de nível?” Sim, porque não existe isso de “simples”.

Você deve considerar vários fatores para garantir a precisão e eficácia de um dispositivo de medição de nível para uma aplicação específica. Esses fatores incluem as condições de projeto, o meio específico em que o sensor entrará em contato, como as informações recolhidas devem ser transmitidas e quais acessórios são necessários.

Cada um desses critérios conduz à escolha de um sensor que possa fornecer informações mais precisas para o usuário, aumentando a qualidade do produto e maximizando os resultados pela diminuição das interrupções.

O primeiro passo na seleção é restringir ao máximo onde e para quê o sensor será usado. Em outras palavras, qual será o seu trabalho? Isso pode ser tão simples como dar uma leitura visual ou tão complexa como trabalhar em um sistema automatizado multiestágio. Tudo isto isso requer conhecimento.

O sensor deve monitorar de forma contínua o nível de uma substância volátil? Ou o objetivo é impedir que um tanque transborde ou derrame? Para determinar a complexidade e a versatilidade exigidas é preciso primeiro avaliar bem o processo. Após isso, será a etapa de determinação as condições de projeto. Algumas perguntas a serem feitas nesta fase incluem o tipo de material que entrará em contato com o sensor – porque um sensor deve ser compatível com fluidos ou materiais aos quais será exposto. Se o sensor entrar em contato com um material cáustico, corrosivo ou agressivo, deve ser capaz de resistir, mantendo a funcionalidade e características físicas adequadas.

Irá medir sólidos ou líquidos? Esta é uma questão extremamente importante que deve ser considerada antecipadamente.

Ao medir sólidos, sensores do tipo flutuante/boia, por exemplo, são impraticáveis.

Os sensores mais comuns são os de flutuador, que se aplicam somente a fluidos; os eletromecânicos apenas para substâncias sólidas; os de ultrassom e os de radar, que trabalham adequadamente para sólidos e fluidos. Mas lembre-se que o material a ser medido é apenas

um fator a considerar na seleção do dispositivo. Onde e como o sensor será instalado também são questões importantes. Se será internamente ou externamente, por exemplo, é uma questão importante porque os externos podem exigir custos adicionais de instalação enquanto os internos podem limitar a capacidade do tanque; outros sistemas incorporam um sensor interno e uma indicação local remota externamente.

Outra pergunta importante de ser respondida é se o material a ser medido está em repouso ou em movimento. Porque ele estará parado constantemente, exceto durante o enchimento ou a extração. Em um tanque de mistura, a substância pode sofrer movimentos ou agitações constantes – sendo importante se certificar de que o sensor suportará o movimento.

As quais temperaturas e pressões o sensor será submetido também é algo a se considerar e, no que condiz a temperatura, há sensores que podem suportar temperaturas extremamente altas ou baixas, e aqueles limitados à temperatura ambiente. Quanto à pressão, a maioria dos sensores trabalha de 0 a 100 psi.

Lembre-se que a densidade do material – muito denso ou que contém partículas sólidas em suspensão - pode pedir sensores de medição de nível mais complexos. No caso de mistura de fluidos, como óleo e água, um sensor de capacitância pode medir com precisão a mistura; um magnético com o fator de flutuabilidade ajustado ao material funcionaria também.

Mas, será que apenas um sensor seria suficiente? Algumas operações exigem informações mais detalhadas como o monitoramento do nível de transbordamento, que geralmente pede múltiplos sensores. Outra aplicação comum é quando tanques têm uma capacidade recomendada e outras medidas acima e abaixo destes limites.

O sensor deve cumprir alguma norma específica, ou tem ponto de ignição facilmente alcançável? É uma questão muito importante ao lidar com materiais perigosos ou inflamáveis porque então sensores à prova de explosão ou intrinsecamente seguros serão especificados. Se existe vapor no processo, é recomendável um sensor mais robusto e durável – inclua-se aí o vapor utilizado para limpeza e esterilização de tanques e componentes em alguns segmentos industriais.

O tamanho e a forma de um tanque afetam diretamente na instalação do sensor em relação ao material, porque materiais diferentes enchem os recipientes de maneiras diferentes, o que pode exigir a colocação de um sensor no meio do ambiente para que ele possa medir com mais precisão.

Ainda, o nível de precisão da medição afeta o preço de um sensor e a complexidade do dispositivo. No entanto, para determinadas aplicações críticas, o investimento rapidamente se pagará.

O relatório “Mercado de medidores de vazão por tecnologia e aplicação - previsão global para 2021 “, mostrou que o tamanho do mercado de medidores de vazão deve chegar a US$ 8,72 bilhões até 2021, com um crescimento anual de 6,4% durante o período de previsão. Atualmente a busca por maior precisão, confiabilidade, durabilidade e desempenho são alguns dos principais fatores que impulsionam esse mercado, liderado fortemente pelo segmento de águas e efluentes e nas áreas de utilidades das industrias em geral com foco na eficiência energética.

Pelo relatório, os medidores de vazão que utilizam a tecnologia Coriolis devem ter o crescimento mais acentuado no mercado durante o período de previsão. Essa tecnologia oferece muitos benefícios além de ser muito precisa, confiável, fácil de instalar e seu custo de manutenção é quase zero. Alta precisão na medição de densidade o torna adequado para várias aplicações industriais, onde as propriedades físicas do fluido não são conhecidas ou são importantes para determinar a “qualidade” do produto final.

As tecnologias de medição de vazão contam com um portfólio enorme de produtos onde o usuário pode prédeterminar se a informação da vazão deve ser contínua ou totalizada e se será necessário que essa informação seja visualizada localmente ou remotamente, se a transmissão deve ser analógica ou digital qual a taxa de frequência mínima de atualização de dados, etc. Além das opções de montagem, lay out e operação, é preciso conhecer profundamente as propriedades e características do fluido de processo onde será instalado o medidor de vazão.

É preciso conhecer as variáveis como temperatura, pressão e queda de pressão admissível, a densidade ou a gravidade específica, a condutividade elétrica, a viscosidade, a pressão de vapor à temperatura máxima de operação e de como essas propriedades podem variar e interagirem entre si. Devem ser fornecidas todas as informações de segurança e toxicidade, composição do fluido, presença de bolhas ou fluído bifásico, presença de sólidos ou propriedades abrasivas, tamanho de partículas ou fibras, tendência a erodir ou impregnar o interior do medidor de vazão.

Além dos valores operacionais de vazão a serem mensurados, é preciso saber previamente se o sentido do fluxo pode se reverter, se pode ocorrer de o fluído de processo não preencher totalmente o tubo do medidor, se um fluído contendo sólidos pode formar uma incrustação diminuindo o diâmetro interno do medidor ou até mesmo obstruindo partes sensoras (eletrodos) usadas em algumas tecnologias de medição. Todos os pontos acima devem ser levados em consideração na escolha da tecnologia a ser adotada além das necessidades de intervenções para manutenção, descontaminação e limpeza do interior do medidor que em alguns casos podem ser decivas na escolha de tecnologia aplicada.

Como parte das boas práticas de instalação, é importante evitar que o sentido do fluxo seja descendente em aplicações líquidas no trecho onde o medidor será instalado, que a acessibilidade física ao medidor seja plena – facilitando a inspeção e manutenção do mesmo –, observar se o local esteja em área classificada ou não, e que o trecho de instalação atenda aos requisitos mínimos de vibração, espaço a montante e jusante do medidor – sempre levando em consideração a tecnologia a ser adotada.

Finalmente, é preciso determinar o range de trabalho do medidor, fluxos mínimos e máximos, a precisão que pode ser especificada em porcentagem de leitura real ou na porcentagem da faixa calibrada, ou em porcentagem da unidade medida.

Os requisitos de precisão devem ser sempre indicados separadamente nas vazões mínimas, normais e máximas. Em aplicações como as que envolvem compra e venda (transferência de custódia ou medição fiscal), a leitura do medidor além de precisa, deve ter a repetibilidade extremamente alta, além do medidor ser homologado pelos órgãos regulamentadores.

No momento da aquisição do medidor, para se proceder de forma justa, é necessário converter todas as especificações de erro/incertezas nas mesmas unidades e tecnologias. Todas as especificações devem indicar claramente a precisão e a repetibilidade do medidor em vazões mínimas, normais e máximas além da perda de carga de cada tecnologia – que pode ser um ponto crucial na escolha do medidor/ tecnologia de medição.

Existe critério de desempate durante o processo de escolha?

Se o desempenho na precisão/repetibilidade é semelhante em duas categorias diferentes de medidor de vazão e uma tecnologia não tem contém partes móveis, por exemplo, recomenda-se selecionar a que não tem partes móveis – que são ocasionalmente uma fonte potencial de problemas quer por desgaste, lubrificação, travamento etc.

Ainda, antes de especificar um medidor de fluxo, também é aconselhável determinar se as leituras devem ser apresentadas em unidades de massa ou volume uma vez que os medidores de vazão em massa não são afetados pelas mudanças no número de Reynolds, densidade, viscosidade e temperatura e estes critérios devem ser sempre analisados.

Resumindo: Qual fluido será medido? É preciso medição contínua ou totalizada ou ambas? Qual a viscosidade do líquido? É preciso uma indicação local da vazão ou somente uma saída de sinal eletrônico? Qual é a vazão mínima e máxima da aplicação? Qual é a pressão mínima e máxima da aplicação? Qual é a temperatura mínima e máxima da aplicação? O fluido é quimicamente compatível com o material de construção do medidor que ficará em contato com o fluído de processo? Quais as características do tubo, reto, curvilíneo, drenável? Qual a perda de carga máxima admitida? A vazão medida será mássica ou volumétrica? A área de instalação é classificada ou não? A medição será fiscal, custódia? Todas estas questões são muito importantes na hora de se especificar e adquirir um medidor de vazão e certamente os fabricantes e fornecedores, de posse destas informações, poderão ofertar o que realmente irá funcionar de forma correta trazendo um custo benefício ideal para a aplicação.