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AUTOMAÇÃO / Instrumentação
11/04/2008 14:28:25

Escolha a chave de nível certa para sua aplicação

Veja neste artigo como escolher a chave de nível correta para sua aplicação e ainda economizar
tempo e dinheiro.

Rogério Gimenes

As chaves de nível são dispositivos próprios para atuar em determinados pontos fixos para controle de
nível como em tanques, vasos, reservatórios, caixas, colunas, reatores, silos, entre outros. Estes
pontos fixos são valores de nível em processos industriais que, uma vez atingidos, exigem o
acionamento de um outro dispositivo para que sua condição volte ao normal no processo. Assim, uma
chave de nível pode ligar ou desligar uma bomba, abrir ou fechar uma válvula, acionar um alarme para
indicação de situação anormal e necessidade de intervenção do operador.

A função principal das chaves de nível é enviar um sinal on/off (continuidade ou descontinuidade) para
o sistema de controle. O sinal é geralmente executado por um relé conectado eletricamente no circuito
da malha correspondente ao processo. As chaves de nível possuem uma parte sensora e outra parte
do circuito de saída. O sensor informa ao circuito de saída sua condição atual com respeito a posição
de controle (chaveamento). Já o circuito de saída informa ao sistema de controle a condição atual do
nível no momento. Dentre as chaves de nível podemos citar as principais que são mais utilizadas na
indústria.

Chave de nível Condutiva

Baseada no conceito de um eletrodo no aterramento e outro na detecção de condutividade, ambos

devem ser construídos em material condutivo. Geralmente são fabricados em aço inoxidável.

Os eletrodos condutivos detectam o nível da superfície de um líquido através da condutividade.

Quando o líquido atinge a extremidade da haste do eletrodo de detecção, uma pequena corrente
alternada flui entre o eletrodo de detecção e o eletrodo de aterramento. Este é o sinal da detecção da
superfície do nível que avisa
o circuito de saída, para que o mesmo ative seu sinal, geralmente executado por um relé.

Em tanques construídos de material condutivo, as paredes podem ser utilizadas como eletrodo de
aterramento. Neste caso, a chave de nível pode ser formada por apenas um eletrodo (de detecção),
uma vez que a parede do tanque será o eletrodo de aterramento. Existem casos em que uma única
chave de nível condutiva possui até seis eletrodos de detecção de tamanhos diferentes que executam
o chaveamento em seis posições distintas de nível em um tanque.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível condutiva

Disponibilização: compacta ou remota

Montagem: topo
Pontos de controle: até seis pontos, geralmente, por chave/instrumento
Tipos de haste: rígida ou flexível
Saída: relé SPDT (contato seco)
Comprimento máximo de controle/detecção: 30 m (haste/eletrodo flexível)
Temperatura de operação: -20 a 150 ºC
Pressão de operação: até 25 bar

As chaves condutivas são contra-indicadas para sólidos, líquidos abrasivos, corrosivos, pastosos,
viscosos ou0 com tendência em agregar-se na haste/eletrodo. Evite a montagem do sensor próximo à
alimentação de líquido do tanque, pois além de gerar falsas detecções ele pode romper devido ao
excesso de carga lateral.

São muitas as aplicações da chave de nível condutiva. Entre elas podemos citar a indústria alimentícia
e de bebidas, farmacêutica, saneamento, têxtil, automobilística, máquinas, ferramentas e
eletroeletrônicos, plantas de geração de energia e sistemas de irrigação, entre outras.

As chaves condutivas são desenvolvidas para aplicações que envolvem o controle ou detecção do
nível de líquidos condutivos em tanques, reservatórios e poços profundos. Elas são de fácil instalação,
não apresentam partes móveis e, portanto, não necessitam de manutenção constante. Veja na figura
1 um exemplo de aplicação das chaves de nível condutivas.
Chave de nível Capacitiva

Esse tipo de chave utiliza o princípio de funcionamento da capacitância, onde um eletrodo formado
pela haste sensora e o líquido ou sólido a ser controlado e a parede do tanque forma um capacitor
elétrico. O eletrodo da haste sensora e a parede do tanque ou silo formam as placas do capacitor e o
produto a ser detectado forma o dielétrico.

O produto deve possuir uma constante dielétrica mínima, para que possa contrastar com a constante
dielétrica do ar. Com isso o valor de capacitância aumenta com a aproximação do produto a ser
detectado à extremidade da haste capacitiva.

Quando o nível do produto atinge a posição da haste capacitiva, ela avisa o circuito de saída
eletricamente quanto a mudança de capacitância. Neste momento, o nível de produto dentro do tanque
ou silo atingiu a posição de chaveamento, para que assim o circuito de saída avise ao sistema sobre a
mudança.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível capacitiva

Disponibilização: compacta ou remota

Montagem: Topo ou lateral
Pontos de Controle: 1 ponto por chave/instrumento
Tipos de haste: Rígida ou Flexível
Saída: relé SPDT (contato seco), transistor
Comprimento máximo de controle/ detecção: 25 m (haste/eletrodo flexível)
Temperatura de operação: -50 a 200 ºC (versões especiais até 400 ºC)
Pressão de operação: vácuo até 100 bar (versões especiais até 500 bar)

As chaves capacitivas são contra-indicadas para líquidos e sólidos com constante dielétrica DK menor
que 1,5, silos de granulados e pó em geral com alta umidade e variação constante da mesma, pastas
com condutividade alta com tendência em agregar-se na haste sensora. Evite a montagem do sensor
próximo a alimentação de líquido do tanque ou sólido do silo, pois além de gerar falsas detecções ele
pode vir a romper devido a excesso de carga lateral.

As principais aplicações da chave de nível capacitiva envolvem a indústria alimentícia e bebidas,

química e petroquímica, farmacêutica, saneamento, cimentos e mineração, plantas de geração de
energia, papel e celulose, ração animal, tintas além de plástico e borracha.

Desenvolvidas para a medição e controle/detecção de nível de líquidos e sólidos que possuem

constante dielétrica (DK) a partir de 1,5, elas não apresentam partes móveis e devido ao seu princípio
de operação, são extremamente versáteis, podendo ser utilizadas com os mais variados produtos,
como líquidos condutivos ou não, líquidos viscosos, líquidos agressivos, materiais granulados, pó,
polpas, entre outros. Observe a figura 2.

Chave de nível vibratória

Consiste num garfo tipo diapasão ou haste ressonante que é alimentado por um piezoelétrico e vibra
numa freqüência conhecida, aproximadamente de 400 Hz. Um segundo piezoelétrico transfere essa
freqüência para o circuito de saída da chave de nível vibratória. Quando este garfo ressonante é
coberto em sua extremidade pelo
produto o qual está controlando, a freqüência muda, e é detectada pelo circuito de saída que, por sua
vez, envia o sinal para o sistema de controle.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível vibratória

Disponibilização: compacta ou remota

Montagem: topo ou lateral
Pontos de Controle: 1 ponto por chave/instrumento
Tipos de haste: haste ou garfo
Saída: relé SPDT ou transistor
Comprimento máximo de controle/ detecção: 25 m (cabo prolongador)
Temperatura de operação: - 40 a 150 ºC (versões especiais até 400 ºC)
Pressão de operação: até 25 bar

As chaves vibratórias não são indicadas para sólidos com densidade menor que 0,01 g/cm3 e líquidos
com densidade menor que 0,6 g/cm3 e viscosidade acima de 10 mil mPas. Evite a montagem do
sensor próximo a alimentação de líquido do tanque ou sólido do silo, pois além de gerar falsas
detecções o sensor pode vir a romper devido a excesso de carga lateral.

As principais aplicações desta chave de nível podem ser divididas em: indústria alimentícia e bebidas,
química e petroquímica, farmacêutica, saneamento, cimentos e mineração, madeira e aparelhados,
papel e celulose, ração animal, tintas e de plástico e borracha. Este tipo de chave foi desenvolvido
para o controle/detecção de nível de materiais sólidos ou líquidos e suprir as deficiências de outros
tipos de chaves. Uma das aplicações é demonstrada na figura 3.

Chave de nível ultra-sônica

Um sensor piezocerâmico de alta performance emite ondas de ultra-som em direção à superfície do

líquido ou sólido que deve ser controlado. Essas ondas são refletidas na superfície do produto e
retornam após um pequeno intervalo de tempo ao piezocerâmico de recepção de ultra-som. Com este
intervalo de tempo, o circuito de saída da chave de nível detecta a posição atual do nível e executa o
chaveamento.

Dados técnicos da aplicação da chave de nível ultra-sônica

Disponibilização: compacta ou remota

Montagem: Topo
Pontos de Controle: 4 pontos por chave/instrumento
Tipo de haste / sensor: emissor/ detector sem contato
Saída: relé SPDT
Comprimento máximo de controle/ detecção: 60 m
Temperatura de operação: - 40 a 80 ºC
Pressão de operação: até 3 bar

As chaves ultra-sônicas não devem ser utilizadas em sólidos com alta porcentagem de poeira em
suspensão, líquidos com formação de gases e vapores em tanques pressurizados ou fechados. Monte
o sensor com sua extremidade sempre paralela, e respeitando o mesmo ângulo da superfície do
líquido ou sólido a ser detectado.

Entre as principais aplicações desta chave de nível estão a indústria alimentícia e bebidas,
farmacêutica, saneamento, cimento e mineração, madeira e aparelhados, papel e celulose, ração
animal e plástico e borracha. Veja a figura 4.

A chave foi desenvolvida para o controle/detecção de nível de materiais sólidos ou líquidos e

apresenta excelente precisão e performance, além de não depender do contato físico entre o sensor e
o meio controlado para executar sua detecção. Pode ser utilizada nos mais variados materiais como
água, efluentes, líquidos inflamáveis ou corrosivos e sólidos como granulados, pó (cal, cimento,
farinha), chips de plástico, cavacos de madeira, entre outros.

Chave de nível flutuador (bóia)

Possui um flutuador tipo bóia, daí sua denominação. Geralmente é instalada num ponto alto de um
tanque para que quando o líquido contido neste tanque atingir sua posição, a bóia flutue na superfície
acionando o circuito de saída para a ligação do mesmo de acordo com a situação do nível do tanque.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível flutuador

Disponibilização: compacta ou remota

Montagem: topo ou lateral
Pontos de controle: 2 pontos por chave/instrumento
Tipo de haste: rígida
Saída: relé SPDT
Comprimento máximo de controle/ detecção: 6 m
Temperatura de operação: - 10 a 100 ºC
Pressão de operação: até 10 bar

As chaves do tipo flutuador são contra-indicadas para líquidos com densidade abaixo 0,6 kg/litro,
líquidos com alta viscosidade e com presença de sólidos em suspensão. Dentre as principais
aplicações podemos destacar a indústria alimentícia e de bebidas, papel e celulose, farmacêutica,
saneamento, têxtil, automobilística, máquinas, ferramentas é eletro-eletrônicos e plantas de geração
de energia.

Este tipo de chave foi desenvolvido para controlar ou detectar o nível de líquido em tanques ou
reservatórios, contendo materiais como água, produtos químicos agressivos ou não, alimentícios,
combustíveis inflamáveis e outros, acompanhe a figura 5.

Chave de nível rotativa

São dispositivos compostos de um eixo vertical dotado de pequenas pás, que são movimentadas por
um motor síncrono. Isso faz com que o eixo vertical e suas pás fiquem girando durante todo o tempo
em baixa rotação.

Quando o nível de produto dentro do silo atinge o nível das pás da chave de nível rotativa, o
movimento do eixo vertical e suas pás são submetidos a resistência. Assim, o motor tende a girar ao
contrário, desligando-se automaticamente e acionando o circuito de saída da chave quanto a posição
atual do nível.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível rotativa

Disponibilização: compacta
Montagem: topo ou lateral
Pontos de Controle: 1 ponto por chave/instrumento
Tipo de haste: rígida
Saída: relé SPDT
Comprimento máximo de controle/ detecção: 6 m
Temperatura de operação: - 20 a 80 ºC (versões especiais até 200 ºC)
Pressão de operação: até 6 bar

As chaves rotativas são contra-indicadas para sólidos com densidade abaixo 0,1 ton/m3 ou acima de
2,5 ton/ m3 e com partículas maiores que 50 mm. A indústria alimentícia e bebidas, cimentos e
mineração, farmacêutica, ração animal, madeira e aparelhados e papel e celulose são algumas das
áreas onde existem aplicações deste tipo de chave. A chave foi desenvolvida para o controle/detecção
de nível de sólidos em silos contendo materiais como granulados, pó (cal, cimento, farinha, etc.) além
de chips de plástico. Veja as figuras 6 e 7.

Considerações Finais

O objetivo deste artigo foi apresentar aos leitores os diversos tipos de chaves de nível existentes, além
de suas características técnicas para que a decisão quanto ao uso destes equipamentos seja tomada
da maneira mais correta possível. Com este conhecimento fica mais fácil identificar qual delas atende
as especificações de sua aplicação.

Rogério Gimenez é consultor técnico.

Referências Bibliográficas

Instrumentação Industrial. Bega e colaboradores. Editora Interciência / Instituto Brasileiro de Petróleo e

Gás. Rio de Janeiro-RJ, Brasil 2003.
Instruments Engineers Handbook. Liptak B.G.
Artigos sobre medição e controle de nível.
Rogério Dias Gimenes. Revista Mecatrônica
Atual, Brasil 2003 e 2004.
Catálogos e Manuais de Chaves de Nível.
VEGA, ENDRESS+HAUSER, NIVELCO e CONAUT.

*Originalmente publicado na revista Mecatrônica Atual - Ano 6 - Edição 32 - Fev/Mar/07