INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

Prof. Eduardo Calsan

Polímeros/Engenharias

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II – Medição de Pressão

Introdução:

Define-se pressão como sendo a força exercida por um fluido

sobre uma determinada área.

P = F/A

Ao nível do mar, verifica-se experimentalmente que a pressão

exercida pelo ar tem a capacidade de equilibrar uma coluna de

mercúrio de 760mm de altura, a 0°C e a uma aceleração da

gravidade de 9,806665m/seg².

Ou seja, a pressão que o ar exerce num determinado corpo

depende da altitude do local. Onde o ar é mais rarefeito, em grandes

altitudes, a pressão do ar é menor do que ao nível do mar.

Em São Paulo, por exemplo, a pressão que o ar exerce sobre

os corpos é de, aproximadamente, 700mm de mercúrio.

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II – Medição de Pressão

Como chegou-se às definições

apresentadas? Torricelli, em 1.643, explica.

Consiste de um tubo de vidro com quase 1

m de comprimento, fechado numa

extremidade e aberto noutra, e preenchido

com mercúrio (Hg). A extremidade aberta

do tubo é invertida num pequeno recipiente

aberto com mercúrio. A coluna de mercúrio

desce para dentro do recipiente até que o

peso da coluna de mercúrio iguale o peso

de uma coluna de ar de igual diâmetro, que

se estende da superfície até o topo da

atmosfera. O comprimento da coluna de

mercúrio, portanto, torna-se uma medida da

pressão atmosférica. A pressão atmosférica

média no nível do mar mede 760 mm Hg.

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II – Medição de Pressão

As várias pressões...

Pressão

relativaPressão atmosférica

Vácuo

Vácuo absoluto

Pressão

absoluta

• pressão relativa: pressão medida tendo como referência a pressão

atmosférica. Também chamada de pressão manométrica. É relativa

porque seu valor tem relação à pressão atmosférica;

• vácuo: pressão medida, a partir da atmosférica, para baixo.

Cuidado! Não é pressão negativa muito menos ausência de algo...

• pressão absoluta: pressão que realmente age num determinado

ponto do fluido e é dada pela soma da relativa com a atmosférica.

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II – Medição de Pressão

• pressão diferencial: diferença entre duas pressões, utilizada para a

medida de perda de carga;

• pressão estática: é a pressão relativa que realmente atua num

ponto do processo e a mesma em todos os pontos de uma secção

de tubulação;

• pressão dinâmica: é a pressão devido à energia cinética adquirida

pelas partículas do fluido;

• relações:

1. pressão relativa + pressão atmosférica = pressão absoluta;

2. pressão absoluta + vácuo = pressão atmosférica.

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II – Medição de Pressão

Unidades de medida

- Sistema CGS: dina/cm²;

- Sistema Internacional: Newton/m²;

- Sistema MKS: kgf/cm²;

- Países de língua inglesa: psi (pound/square inch);

- Outras unidades: cm Hg (centímetros de mercúrio), Torricelli

(milímetros de mercúrio), ” Hg (polegadas de mercúrio), cm H2O

(centímetros de água), ” H2O (polegadas de água), atm (atmosfera),

bar;

- Conversão: uso de tabela de conversão de unidades.

OBS.: tanto o mercúrio quanto a água possuem densidades

diferentes de acordo com a temperatura.

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II – Medição de Pressão

Por que se mede pressão?

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II – Medição de Pressão

Dispositivos para medida de pressão

Célula de carga

Estrutura mecânica que recebe um esforço, deforma-se

dentro de uma faixa estabelecida e gera uma saída proporcional em

resistência elétrica (extensômetro = strain gage).

2ª Lei de Ohm: R = ρ(L/A)

Ponte de Wheatstone

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II – Medição de Pressão

Vantagens: precisão, baixo custo, excelente resposta dinâmica,

facilidade de instalação, robustez (água e atmosfera corrosiva),

possibilidade de se efetuar medidas a distância.

Fabricação: ligas metálicas (constantan = níquel + cobre) ou nicromo

(níquel + cromo), com resistências padronizadas de 60, 120, 240,

350, 500 ou 1000Ω.

Utilização: balanças, pesagem de silos e tanques, dosagem.

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II – Medição de Pressão

Transdutor de pressão piezoelétrico

Elemento sensor de pressão cuja característica de medida

baseia-se na propriedade piezoelétrica do cristal de quartzo.

Quando deformado tem como resposta uma diferença de potencial

elétrico em seus terminais.

A força é aplicada em um

eletrodo metálico (invólucro),

transmitida até o cristal de

quartzo.

Os cristais do elemento químico

interagem entre si e com a

força, resultando numa

diferença de potencial.

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II – Medição de Pressão

Utilização: testes e monitoramento de unidades acústicas,

hidráulicas, pneumáticas, máquinas, carros, aviões, navios, motores

de foguetes, locomotivas, geradores.

Vantagem: extremamente preciso.

Desvantagem: preço devido ao cristal de quartzo para esta

finalidade.

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II – Medição de Pressão

Tubo de Bourdon

Elemento sensor de pressão que consiste em informar a

pressão de um fluido em deslocamento através de um sinal elétrico

proporcional ou através de um deslocamento de ponteiro.

Elemento sensível é um tubo

metálico, em forma de “C”,

espiral ou helicoidal.

Quando a pressão é aplicada, a

secção tende a aumentar,

aproximando-se mais de uma

forma circular, deformando o

elemento, cujo movimento é

transmitido a um ponteiro ou a

outro dispositivo para a

transformação em sinal elétrico.

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II – Medição de Pressão

Construção: confeccionados em ligas de cobre e níquel por terem

baixos coeficientes de dilatação pelo calor. Também pode ser feito

em aço inoxidável. Materiais: tombak, latão, bronze

Vantagens: amplitude, resposta mais rápida, isenção de faixa morta,

precisão.

Utilização: em toda transformação de pressão em indicação.

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II – Medição de Pressão

Tubo em “U”

Elemento primário usado para medir diferença entre pressões

(aplicando pressões diferentes em cada ramo), pressão relativa

(deixando um ramo aberto para a atmosfera), vácuo e pressão

absoluta.

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II – Medição de Pressão

Manômetro de reservatório

Elemento primário usado para medir pressão. Nesse tipo de

manômetro uma das colunas é substituída por um reservatório.

Quando não há pressão, o líquido da cuba e da coluna

encontram-se em repouso. Aplicando-se uma pressão, o líquido

sobe na coluna e desce na cuba, assumindo uma posição final.

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II – Medição de Pressão

Manômetro de Bourdon

É o elemento mais encontrado nas indústrias.

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II – Medição de Pressão

Manômetro de fole

É o elemento cuja pressão exercida pelo fluido atua sobre um

fole. Essa pressão opõe-se a força exercida por uma mola,

provocando um deslocamento proporcional do ponteiro.

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II – Medição de Pressão

Acessórios

- pressões sujeitas à oscilações bruscas (descarga de bombas e

compressores);

- fluidos viscosos que podem entupir as tubulações;

- fluidos a alta temperatura que podem danificar o material do

elemento de medição;

- fluidos corrosivos com possibilidade de atacar o elemento de

medição;

- fluidos sanitários que podem alojar-se em cavidades, possibilitando

a cultura de bactérias e contaminação do material.

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II – Medição de Pressão

Selo de diafragma = isola o

fluido do manômetroVálvula agulha = amortece a

pressão exercida no manômetro

Pigtail (sifão) = proteção

contra altas temperaturas

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Referências:

1- COSTA, Augusto Diniz da. Instrumentação. Vol. 1. São Bernardo do Campo:

Editora da ETE Lauro Gomes, 1.995.

2- Cursos Piping. Instrumentação Elétrica e Pneumática. Santo André, 1.996.

3- THOMAZINE, Daniel & ALBUQUERQUE, Pedro Urbano Braga de. Sensores

industriais. Fundamentos e aplicações. 7. ed.. São Paulo: Editora Érica, 2.010.

4- http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap4/cap4-6.html, acessado em 03/04/11.

5- http://www.toledobrasil.com.br/produtos/balanca/820/tecnologia-celula.php,

acessado em 03/04/11.

6- http://www.microanalise.com.br/produtos.htm, acessado em 03/04/11.

7- http://www.stanford.edu/class/me220/data/lectures/lect03/fig3_2.gif, acessado

em 03/04/11.

8- http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/49/imprimir:yes, acessado

em 03/04/11.

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Referências:

9- http://www.estudiolivre.org/img/wiki_up/trig_piezo.jpg, acessado em 03/04/11.

10- http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-o-

asfalto-sustentavel, acessado em 03/04/11.

11- http://www.amperesautomation.hpg.ig.com.br/Image603.gif, acessado em

03/04/11.

12- http://www.eq.uc.pt/~lferreira/BIBL_SEM/global/bourdon/imagens/espiral.gif,

acessado em 03/04/11.

13- http://algol.fis.uc.pt/quark/viewtopic.php?f=8&t=174, acessado em 03/04/11.

14- http://www.3bscientific.com.br/manometro-de-tubo-em-u-

u8410450,p_83_110_856_14309.html, acessado em 03/04/11.

15- http://www.nei.com.br/images/lg/223529.jpg, acessado em 03/04/11.

16-

http://www.zscomercial.com.br/goto/store/textos.aspx?SID=43686edfa4f4abf818a2

23b65a4b425b&id=92, acessado em 03/04/11.

II – Medição de Pressão

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Referências:

17- http://www.eq.uc.pt/~lferreira/BIBL_SEM/global/fole/imagens/funcion1.jpg,

acessado em 03/04/11.

18- http://www.rucken.com.br/images/selo.jpg, acessado em 03/04/11.

19- http://acquaticos.blogspot.com/2010/10/valvulas-de-agulha-para-ajuste-

fino.html, acessado em 03/04/11.

20- Fotos: Técnico Felipe Manhas.

II – Medição de Pressão