instrumentação industrial - medição de pressão

MEDIÇÃO DE PRESSÃO CEPEP – Escola Técnica

Professor Anderson Pontes

INTRODUÇÃO

A medição de pressão é o mais importante padrão de medida, uma vez que as medidas de vazão, nível e outras podem ser feitas utilizando-se os mesmos princípios.

Para entender os métodos de medição de pressão, temos que ter alguns conceitos muito bem enraizados.

DEFINIÇÃO

Pressão pode ser definida como ação de uma força sobre uma determinada área.

No SI, a unidade de pressão utilizada é o Pascal (Pa).

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre, que é medida em um barômetro. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.

Quanto mais alto o local, menor a pressão atmosférica.

Pressão atmosférica

PRESSÃO MANOMÉTRICA OU RELATIVA

É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.

Ela pode ser chamada de pressão relativa positiva ou pressão relativa negativa. A figura apresenta um exemplo de medição de pressão relativa positiva.

Pressão manométrica

TEOREMA DE BERNOULLI

Relaciona as energias potenciais e cinéticas de um fluido ideal, ou seja, sem viscosidade e incompressível.

Através deste teorema, pode-se concluir que, para um fluido perfeito, toda forma de energia pode ser transformada em outra, permanecendo constante sua somatória ao longo de uma linha de corrente.

EQUAÇÃO DE BERNOULLI

Equação de Bernoulli

PRESSÃO ESTÁTICA

É a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos, e transmitida integralmente em todas as direções, de modo a produzir a mesma força em áreas iguais

Pressão estática

PRESSÃO DINÂMICA

É a pressão exercida por um fluido em movimento paralelo à sua corrente. A pressão dinâmica é representada pela seguinte equação:

PRESSÃO TOTAL

É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento

PRESSÃO ABSOLUTA

É a pressão positiva a partir do vácuo perfeito, ou seja, a soma da pressão atmosférica do local e a pressão manométrica. Geralmente, coloca-se a letra A após a unidade. Quando a pressão é representada abaixo da pressão atmosférica por pressão absoluta, esta é denominada grau de vácuo ou pressão barométrica.

COMPARATIVO DE PRESSÕES

PRESSÃO DIFERENCIAL

É a diferença de pressão medida em dois pontos de um duto ou equipamento, também chamado de ∆P

TEOREMA DE STEVIN

“A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de cota entre os dois pontos”

P2 – P1 = ∆P = (h2 – h1) . γ

Aplicação do Teorema de Stevin

PRINCÍPIO DE PASCAL

A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática, transmite-se integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.

PRINCIPIO DE PASCAL 𝐹1

𝐴1=𝐹2

𝐴2

UNIDADES DE PRESSÃO

ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO

Os elementos mecânicos para medição de pressão se dividem em dois grupos básicos:Elementos mecânicos de medição direta de pressão

Elementos mecânicos elásticos de medição de pressão.

ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DIRETA DE PRESSÃO

São dispositivos no qual a pressão é medida, comparando-a com a pressão exercida por uma coluna de líquido com densidade e altura conhecidas.

Neste tipo de instrumento o líquido a ser utilizado é escolhido considerando-se o seu peso específico e o valor da pressão a ser medida. Podem ser água, álcool ou mercúrio.

MANÔMETRO EM U

É o mais simples e barato dos instrumentos de medição direta de baixas pressões.

Nesse tipo de manômetro, a pressão é dada por:

𝑃 = ℎ × 𝛾

MANÔMETRO EM U

MANÔMETRO VERTICAL 𝑃 = ℎ. 𝛾(1 +𝑑2

𝐷2)

MANÔMETRO DE TUBO INCLINADO 𝑃 = ℎ. 𝛾 1 +𝑑2

𝐷2 . 𝑠𝑒𝑛 𝛼

ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO

São dispositivos que se deformam em função da pressão exercida sobre eles pelo fluido medido.

Esses dispositivos baseiam seu funcionamento na Lei de Hooke, que diz “Dentro de um limite definido de elasticidade, a deformação provocada em um corpo sólido é proporcional ao esforço aplicado sobre ele”

Os tês tipos básicos de elementos elásticos são diafragmas, foles e tubos Bourdon.

FAIXAS DE TRABALHO ONDE SÃO APLICADOS

MANÔMETROS TIPO DIAFRAGMA

Basicamente, são usados dois tipos de elementos primários: metálicos e não-metálicos.

Nos diafragmas metálicos a pressão é medida com base na deflexão do próprio diafragma.

No caso de diafragmas não metálicos, eles geralmente são instalados em oposição a uma mola calibrada ou outro elemento elástico.

MANÔMETRO TIPO DIAFRAGMA METÁLICO SIMPLES

MANÔMETRO TIPO DIAFRAGMA NÃO-METÁLICO SIMPLES

MANÔMETROS TIPO FOLE

Os foles são elementos elásticos que sofrem expansão/retração quando submetidos a pressões, sendo o movimento resultante utilizado para indicar/medir/controlar pressão.

Ele é basicamente um cilindro metálico sanfonado. Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão, e como ela tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada à parte interna;

MANÔMETROS TIPO FOLE

MANÔMETRO TIPO BOURDON

Consiste geralmente de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência tendo uma extremidade fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida.

Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através da engrenagem é transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.

Quanto à forma, o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintes formas: tipo C, espiral e helicoidal

MANÔMETRO TIPO BOURDON

TUBO-SIFÃO

Os sifões são utilizados para “isolar” o calor das linhas de vapor d'água ou líquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento de pressão.

O líquido que fica retido na curva do tubo-sifão esfria, e é essa porção de líquido que irá ter contato com o sensor elástico do instrumento, de forma a não permitir que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo.

ACESSÓRIOS PARA INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO

Exemplos de tubos-sifão

SENSOR TIPO PIEZOELÉTRICO

Os elementos piezoelétricos são cristais (como o quartzo, a turmalina e o titanato) que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina quando sofrem uma deformação física, por ação de uma pressão. São elementos pequenos e de construção robusta. Seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão, são capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências, de milhões de ciclos por segundo.

SENSOR TIPO PIEZOELÉTRICO

A carga devida à alteração da forma é gerada sem energia auxiliar, uma vez que o quartzo é um elemento transmissor ativo. Esta carga é conectada a entrada de um amplificador, sendo indicada ou convertida em um sinal de saída, para tratamento posterior

Sensores tipo piezoelétricos

SENSOR TIPO CAPACITIVO

Este tipo de sensor resume-se na deformação, diretamente pelo processo de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total que é medida por um circuito eletrônico.

Sensor de pressão tipo

capacitivo