Medição de pressão e nível no setor de energia: transmissores, sondas e data loggers para usinas

Do nível do reservatório ao óleo do regulador de velocidade: onde medir pressão e nível em hidrelétricas e térmicas, quais produtos KELLER usar e os cuidados de especificação com cabo, referência atmosférica e áreas classificadas.

Numa hidrelétrica, a mesma água que gira a turbina pressiona a barragem, enche os poços de drenagem e resfria os mancais. Cada ponto pede um número confiável: o nível do reservatório, a subpressão na fundação, a pressão no conduto forçado, o óleo da unidade hidráulica do regulador de velocidade. Escolher um transmissor de pressão para usinas hidrelétricas ou uma sonda de nível para esse ambiente não é igual a escolher para uma fábrica: os cabos são longos, a umidade é constante, a vibração da unidade geradora não para e o dado muitas vezes vira registro de segurança de barragem.

Nesta página, os pontos de medição típicos, os produtos KELLER indicados e os cuidados de especificação. A Kelltech é a distribuidora oficial da KELLER no Brasil e já atendeu empresas de referência do setor (veja a lista abaixo).

Onde a pressão e o nível aparecem numa usina

Nas térmicas, o mapa muda: entram vapor, água de alimentação de caldeira, vácuo no condensador e gás combustível. Os princípios de escolha abaixo continuam valendo, com um alerta forte sobre áreas classificadas mais adiante.

Sondas de nível para reservatórios e poços de drenagem

Medir nível por pressão hidrostática é simples na teoria: cada metro de coluna d'água corresponde a cerca de 0,098 bar (1 bar ≈ 10,2 m de coluna d'água). Na prática, o que decide a qualidade do dado é a referência de pressão e o cabo. A explicação completa do princípio está no artigo sobre medição de nível por pressão hidrostática.

Para cota de reservatório e poços de drenagem, a sonda de nível Série 36XW é a opção de alta precisão da KELLER. Segundo o datasheet:

• Faixas padrão de 1, 3, 10 e 30 bar (a de 30 bar cobre cerca de 300 m de coluna d'água), em versão relativa (PR) ou absoluta (PAA); faixas intermediárias da saída analógica são obtidas por reprogramação.
• Margem de erro de 0,1 %FS na saída digital RS485 e 0,15 %FS nas saídas 4…20 mA ou 0…10 V, entre 0 e 50 °C, com compensação matemática de temperatura e não linearidade.
• Corpo em aço inox 316L, vedação Viton, cabo de polietileno ventilado, proteção IP68.
• Até 128 transmissores no mesmo barramento RS485, útil quando vários poços são lidos pelo mesmo sistema.

Exemplo ilustrativo: num reservatório com 60 m de profundidade no ponto de instalação, a pressão máxima fica perto de 5,9 bar, e a faixa de 10 bar é a escolha natural. Com 0,15 %FS, o erro fica em torno de 15 mbar, ou cerca de 15 cm de coluna d'água.

Relativa ou absoluta: a decisão que mais gera dúvida

A versão PR traz um capilar no cabo que compensa a pressão atmosférica. O datasheet alerta que ela pode sofrer condensação interna em dias quentes e úmidos quando instalada em água fria; se a ponta do cabo não terminar em local seco e quente, a KELLER recomenda um cartucho de sílica gel no capilar. Em casas de força úmidas, vale prever o cartucho desde o projeto. A versão PAA dispensa o capilar, mas exige um segundo sensor medindo a pressão atmosférica para calcular o nível pela diferença. Mais sobre as referências em pressão absoluta, manométrica e diferencial.

Piezometria de barragens com registro autônomo

A Lei 12.334/2010 instituiu a Política Nacional de Segurança de Barragens, e a ANEEL regulamenta a segurança das barragens de usinas hidrelétricas que fiscaliza. O plano de instrumentação, a frequência de leitura e os limites de alerta de cada estrutura são definidos pelo projeto e pelo responsável técnico; o instrumento precisa entregar leituras consistentes, rastreáveis e sem falhas de série histórica.

Em piezômetros abertos e poços de alívio, a leitura manual com pio elétrico ainda é comum. O data logger DCX-22 automatiza esse trabalho sem exigir alimentação nem cabo de sinal até a sala de controle:

• Corpo de aço inox totalmente vedado, Ø22 mm, 100 % submersível, com sensor, eletrônica e pilha no mesmo tubo.
• Faixas de 10, 20, 50 e 100 mca; margem de erro típica de 0,05 %FS (máx. 0,1 %FS), estabilidade típica de 0,5 mbar.
• Pilha de lítio com vida útil de até 10 anos a 1 medição por hora (influências externas podem reduzir esse prazo, segundo o datasheet); memória não volátil de 57.000 medições com intervalo de armazenamento de 15 s, ou 28.000 com intervalos maiores.
• Registro por intervalo (1 s a 99 dias) ou por evento, como mudança de nível ou ultrapassagem de limite.

Dois detalhes de campo. Primeiro, o DCX-22 usa sensor absoluto: para isolar a variação barométrica, a KELLER recomenda um segundo logger na superfície registrando a pressão atmosférica. Segundo, na versão básica o logger precisa sair da água para descarregar os dados; as versões SG/VG levam o conector para uma caixa na boca do tubo, com flange de 2", e a VG compensa a atmosfera por capilar. Confira sempre o diâmetro interno do piezômetro antes de especificar.

Transmissores de pressão para usinas hidrelétricas e térmicas

Conduto forçado, caixa espiral e ensaios de rendimento

Em ensaios de índice e no monitoramento contínuo de turbinas, a vazão relativa costuma ser obtida pelo método Winter-Kennedy: a diferença de pressão entre tomadas da caixa espiral cresce com o quadrado da vazão, e o coeficiente precisa ser calibrado contra um método absoluto de medição de vazão. A IEC 60041 trata dos ensaios de campo para determinar o desempenho hidráulico de turbinas, bombas de acumulação e turbinas-bomba, e o procedimento de cada ensaio define incertezas e pontos de medição. Para esse tipo de trabalho, e para monitorar a pressão do conduto, a Série 33X / 35X é a referência de precisão:

• Margem de erro de 0,05 %FS na saída digital entre 10 e 40 °C (0,01 %FS sob encomenda, só para PA(A) 33X em algumas faixas); a saída analógica acrescenta 0,05 %FS, segundo o datasheet.
• Taxa de saída de 400 Hz, o que permite enxergar transientes de manobra de distribuidor que um instrumento lento perderia.
• Faixas relativas de 1 a 30 bar e absolutas até 1000 bar; a 35X tem membrana faceada G 1/2", menos sujeita a acúmulo de sedimento na tomada.

Para a pressão diferencial, o transmissor diferencial PD-39X mede com dois sensores absolutos e resiste melhor a sobrecarga de um lado só. A regra do datasheet: o Δp deve ser de pelo menos 5 % da faixa padrão. O erro do diferencial se calcula assim: erro máx. da faixa padrão × (faixa padrão ÷ faixa diferencial). No exemplo da KELLER, faixa padrão de 10 bar e Δp de 4 bar dão 0,1 × 10/4 = 0,25 %. Se o Δp for pequeno demais diante da pressão de linha, um transmissor diferencial PD-33X (mesma família 33X, com pressão estática de linha especificada no datasheet) tende a ser mais adequado; a equipe técnica faz essa conta com você. O PD-39X também pode entregar a raiz quadrada do Δp na saída analógica, recurso útil para vazão. Na perda de carga de filtros e trocadores vale a mesma regra dos 5 %.

Unidade hidráulica do regulador de velocidade e mancais

O regulador de velocidade depende de óleo sob pressão para mover o distribuidor; a queda de pressão no acumulador ou uma bomba que não parte são alarmes que não podem falhar. Aqui o requisito é robustez, não a última casa decimal. A Série 21 Y atende bem: faixas de 2 a 1000 bar nas versões absoluta (PAA) ou selada (PA), e relativa (PR) de 2 a 10 bar (a de 1000 bar só para aplicações estáticas), saídas 4…20 mA (2 fios) ou 0…10 V (3 fios), partes molhadas em 316L sem juntas internas e limitação de frequência de 2 kHz. O ponto forte para casa de força é o EMC: segundo a KELLER, a imunidade supera o padrão CE em até 10 vezes; o transmissor é altamente imune a tensões externas entre a caixa e o conector, o que importa perto de conversores de frequência, e tem isolamento de 300 V.

Vapor, condensador e vasos de pressão nas térmicas

Em linhas de vapor, nenhum transmissor deve receber o vapor direto: use sifão ou trecho com condensado e confirme a temperatura admissível no datasheet. No condensador, onde se trabalha abaixo da atmosfera, a medição faz sentido em pressão absoluta (versões PAA). Caldeiras e vasos de pressão estão sujeitos à NR-13, que trata de inspeção, prontuário e PMTA; os instrumentos exigidos seguem a norma e o profissional habilitado.

Testes, comissionamento e manutenção com registro

Teste hidrostático de trecho de tubulação de resfriamento, verificação do circuito de óleo, diagnóstico de bomba: são tarefas temporárias em que um transmissor fixo não faz sentido. O manômetro digital LEO Record mede e registra pressão e temperatura de forma autônoma, com margem de erro total de ±0,1 %FS (0…50 °C), faixas de -1…3 bar até 0…1000 bar, conexão G 1/4" e proteção IP65. A memória guarda cerca de 57.000 leituras com intervalo de até 15 s, o suficiente para um teste de 24 horas com uma leitura a cada 2 segundos.

Um limite honesto: o LEO Record mede uma vez por segundo. Ele não captura golpe de aríete em conduto forçado, que acontece em milissegundos; para isso, use um transmissor rápido como o 33X (400 Hz, uma leitura a cada 2,5 ms) ligado a um sistema de aquisição que amostre pelo menos nessa velocidade.

Áreas classificadas: o cuidado que vale para todo o setor

Térmicas a gás, estações de gás combustível, geradores resfriados a hidrogênio e salas de baterias podem ter atmosferas explosivas. Nenhum produto KELLER vendido pela Kelltech tem certificação Inmetro. As versões Ei da KELLER têm certificação europeia ATEX, que não vale para instalação em área classificada no Brasil: aqui a regulamentação exige certificação de conformidade do Inmetro para equipamentos elétricos destinados a atmosferas explosivas. Em zona classificada, não use os produtos desta página; fale com a equipe técnica.

Como especificar sem retrabalho

1. Referência: relativa (PR) para nível com capilar, absoluta (PAA) para vácuo de condensador ou quando houver barômetro de referência.
2. Faixa: some a pressão de operação e os transientes previstos; a sobrepressão admissível do instrumento precisa cobrir o pior caso.
3. Sinal: 4…20 mA para o sistema digital de supervisão e controle (SDSC) ou o CLP existente, RS485 quando a precisão digital for necessária ou houver vários pontos no mesmo cabo.
4. Meio e materiais: água bruta com sedimento pede membrana faceada; óleo hidráulico e água limpa aceitam conexão roscada padrão.
5. Cabo e ambiente: comprimento real até a caixa de junção, umidade no ponto de saída do capilar, proximidade de cabos de potência.
6. Registro: se o dado vira documento de segurança de barragem ou de ensaio, defina antes como ele será armazenado e exportado.

Quando a aplicação exigir, a Kelltech fornece certificado de calibração rastreado mediante solicitação; veja como funciona em calibração de manômetro digital.

Tem um ponto de medição na usina para resolver? Envie a aplicação, a faixa de pressão ou profundidade, o meio, a temperatura, o sinal de saída desejado e a quantidade pela página de contato ou pelo WhatsApp abaixo, e a equipe técnica indica o modelo e a configuração.

Fale com um especialista e encontre o produto certo para a sua aplicação.Equipe técnica da Kelltech, distribuidora oficial KELLER no Brasil.

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