O que é um medidor de nível de raios gama?

Um medidor de nível por raios gama é um instrumento especializado que utiliza as características de atenuação dos raios gama para medir o nível de um fluido num recipiente. É utilizado principalmente em indústrias como a petrolífera, química, farmacêutica, energética e metalúrgica. Calcula o nível do líquido detetando a variação da intensidade dos raios gama após penetrarem no recipiente. Utilizando um método de deteção sem contacto, é adequado para ambientes agressivos, como alta temperatura, alta pressão e forte corrosão.

Este dispositivo baseia-se na lei de atenuação exponencial dos raios gama na matéria. Ao fixar a quantidade de absorção da parede do recipiente, a variação da intensidade da radiação fica apenas relacionada com a espessura do meio. Para a medição da densidade, o valor é calculado mantendo a espessura do meio constante. O sistema é constituído por três partes: uma fonte de radiação, um detetor e um transmissor. A fonte de radiação utiliza isótopos de Cs-137 ou Co-60; o detetor pode ser de dois tipos: gasoso e sólido; alguns dispositivos mais recentes incluem um mecanismo de elevação para melhorar a precisão da deteção e a segurança radiológica.

Desde 1970 que os medidores de nível com isótopo radioativo de cobalto-60 são utilizados na indústria cloro-álcali, substituindo os métodos tradicionais de pesagem por pressão de óleo. Os desenvolvimentos subsequentes introduziram sistemas de controlo inteligentes, tecnologia de baixa radiação e funcionalidade da Internet das Coisas (IoT), estando em conformidade com a norma nacional GB/T 25845-2010.

Princípio

Quando os raios gama atravessam um objeto, são atenuados, seguindo estritamente um decaimento exponencial, ou seja:

X: Intensidade da radiação emitida pela fonte;

μ: Coeficiente de absorção (uma constante relativa ao nuclídeo);

ρ: Densidade do meio;

d: Espessura do meio;

Y: Intensidade da radiação após passar por um objeto com densidade ρ e espessura d.

Com base no princípio acima, o medidor de nível de raios gama é concebido de forma a que a absorção do próprio recipiente seja um valor constante após a passagem dos raios gama, e a variação esteja apenas relacionada com o nível (ou seja, com a espessura) do meio no recipiente. O princípio de medição de um densitómetro é semelhante ao de um medidor de nível, mas a diferença reside no facto de o ponto de medição se encontrar geralmente na tubagem, e o meio na tubagem estar sempre saturado. Neste caso, a espessura do meio penetrado pela radiação mantém-se constante, e a quantidade absorvida está apenas relacionada com a densidade.

Composição

Um medidor de nível de radiação é normalmente constituído por três partes: uma fonte de radiação, um detetor e um transmissor. A fonte de radiação utiliza, geralmente, um de dois isótopos radioativos: Cs-137 ou Co-60. Pode ser encontrada em dois formatos: fonte pontual e fonte linear, podendo ainda ser subdividida em fontes embutidas e externas, dependendo do local de instalação. A sua função é emitir raios gama.

A função do detetor é detetar raios gama. Existem muitos tipos de detetores, classificados por formato em pontuais e lineares/em forma de bastão; e por material sensível em detetores gasosos e sólidos. Os detetores gasosos incluem duas categorias principais: tubos contadores GM (Geiger-Müller) e câmaras de ionização. Têm baixa eficiência e são muito afetados pela temperatura, mas são baratos. Os detetores sólidos são classificados por material cristalino em iodeto de sódio, iodeto de césio, BGO (germanato de bismuto), plástico, feixes de fibra ótica ou cristais artificiais. Uma vez que os cristais de iodeto de sódio, iodeto de césio e BGO de alta eficiência são difíceis de produzir em grandes dimensões ou comprimentos, só podem ser fabricados em detetores pontuais.

Os detetores em forma de bastão dividem-se em tipos rígidos e flexíveis: os cristais artificiais rígidos têm um diâmetro de cerca de 50 mm e um comprimento de até 2 m, com uma elevada eficiência de deteção; os feixes de fibra ótica flexíveis têm cerca de 25 mm de diâmetro e até 6-7 m de comprimento, mas apresentam uma baixa eficiência de deteção e são bastante afetados pela temperatura. O detetor é um componente essencial do medidor de nível de radiação, e a sua sensibilidade e estabilidade são cruciais para a tecnologia de medição de radiação.

A função do transmissor é converter a intensidade dos raios gama detetados num sinal padrão comum através de circuitos eletrónicos e transmiti-lo ao sistema de monitorização. Muitas funções do instrumento de radiação são realizadas dentro do transmissor, tais como a compensação automática da atenuação, o ajuste automático da alta tensão (HV) do detetor, a constante de tempo adaptativa para mudanças repentinas no nível do material, a automedição e o alarme de temperatura do detetor, a autoverificação do desempenho do detetor e as funções de autoidentificação de interferências. Os transmissores são geralmente divididos em tipos de campo e de sala de controlo, e os sinais de saída têm várias opções, como 0/4-20mA, FSK, HART, FF, RS232 e RS484. Vantagens

Devido ao seu princípio de medição único, o medidor de nível por radiação não requer contacto direto com o meio e não é afetado pela temperatura, viscosidade, cristalização, corrosão, toxicidade ou estado do meio. Também não está limitado pela pressão, material, espessura da parede ou forma do recipiente, sendo uma solução praticamente universal para a medição de nível. Por isso, resolveu muitos problemas de medição em indústrias como a petrolífera, química e fabricação de fibras sintéticas.

Instalação e Manutenção

A instalação e a remoção da fonte radioativa devem ser realizadas por pessoal profissional com formação especializada e licença para a operação de fontes radioativas. A instalação da fonte radioativa é geralmente realizada antes do início das operações da central. Deve ser elaborado um plano de implementação detalhado antes da instalação e da remoção, e devem ser colocadas placas de aviso na área de risco para impedir a entrada de pessoal não autorizado. Durante a paragem da central para manutenção, a fonte de radiação deve ser mantida em estado fechado ou removida e armazenada em local seguro.

Após a instalação completa do medidor de nível de radiação, o fabricante deve fornecer uma curva de calibração. Caso o fabricante não possua experiência ou segurança suficientes, é necessário realizar uma "calibração com água" para verificar a precisão dos cálculos teóricos do fabricante utilizando dados de calibração reais. Deve ser realizado um ajuste do ponto zero a quente antes da alimentação de materiais, quando a temperatura e a pressão de funcionamento atingirem as condições normais de funcionamento. A definição da constante de tempo necessita de ser ajustada de acordo com a taxa de variação do nível do líquido; tipicamente, a constante de tempo é de 60 segundos, mas pode ser reduzida adequadamente quando o nível do líquido varia rapidamente.