automação industrial - sensores e atuadores

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Sensores e ATuadores

Centro Federal de Ensino tecnolgico CEFET-MT Apostila da disciplina Sensores e Atuadores Curso: Automao Industrial Prof Edlson Alfredo da Silva Sumario:15. INSTRUMENTAO ........................................................................................................... 5 15.1. introduo instrumentao...................................................................................... 5 15.2 - CLASSIFICAO DE INSTRUMENTOS DE MEDIO .......................................... 5 15.2.1 - Classificao por Funo...................................................................................... 5 15.2.2 - Classificao por Sinal de Transmisso ou Suprimento ............................. 6 15.2.2.1 -Tipo pneumtico ................................................................................................ 6 15.2.2.1.1 -Vantagem ..................................................................................................... 6 15.2.2.1.2 -Desvantagens ............................................................................................. 6 15.2.2.2 -Tipo Hidrulico................................................................................................... 7 15.2.2.2.1 Vantagens.................................................................................................... 7 15.2.2.2.2 Desvantagens............................................................................................. 7 15.2.2.3 -Tipo eltrico ........................................................................................................ 7 15.2.2.3.1 Vantagens.................................................................................................... 7 15.2.2.3.2 Desvantagens ........................................................................................... 7 15.3.2.4 -Tipo Digital ......................................................................................................... 7 15.3.2.4.1 - Vantagens .................................................................................................. 7 15.3.2.4.2 - Desvantagens ........................................................................................... 8 15.3.2.5 -Via Rdio.............................................................................................................. 8 15.3.2.5.1 - Vantagens .................................................................................................. 8 15.3.2.5.2 - Desvantagens ........................................................................................... 8 15.3.2.6 -Via Modem........................................................................................................... 8 15.3.2.6.1 Vantagens.................................................................................................... 8 15.3.2.6.2 - Desvantagens ........................................................................................... 8 15.4 - SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAO ...................................................................... 8 15.4.1 - Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) ............................................ 8 15.4.1.1 - Tipos de Conexes .......................................................................................... 8 15.4.1.2 - Cdigo de Identificao de Instrumentos ................................................. 9 15.4.1.2 - Simbologia de Identificao de Instrumentos de Campo e Painel ... 12 15.4.1.3 - Alguns Arranjos Tpicos de Instrumentos .............................................. 13 15.4.1.3.1 -Vazo ........................................................................................................... 13 15.4.1.3.2 -Presso ....................................................................................................... 14 15.4.1.3.3 - Temperatura ............................................................................................. 15 15.4.1.3.4 -Nvel ............................................................................................................. 16 15.4.2 - Simbologia Conforme Norma ISA ..................................................................... 16 15.4.2.1 - Finalidades....................................................................................................... 16 15.4.2.2 - Aplicao na Indstria .................................................................................. 16 15.4.3 -Aplicao nas atividades de trabalho ............................................................... 16 15.4.4 -Aplicao para Classes e Funes de Instrumentos.................................... 17 15.4.5 - Contedo da Identificao da Funo ............................................................. 17 15.4.6 - Contedo de Identificao da Malha ................................................................ 17 15.4.7 - Smbolos de Linha de Instrumentos ................................................................ 18 15.4.8 - Smbolos Gerais de Instrumentos ou de Funes ....................................... 19 1Prof Edlson Alfredo da Silva

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1. 16.MEDIO DE PRESSO ................................................................................................. 20 16.1 - INTRODUO ................................................................................................................ 20 16.2 - DEFINIES BSICAS ................................................................................................ 20 16.2.1 -Slido ......................................................................................................................... 20 16.2.2 -Lquidos..................................................................................................................... 20 16.2.3 - Gs............................................................................................................................. 20 16.2.4 -Fluido ......................................................................................................................... 20 16.2.5 - Massa Especfica ................................................................................................... 20 16.2.6 - Densidade Relativa ............................................................................................... 20 16.2.7 - Peso Especfico...................................................................................................... 21 16.2.8 - Gravidade Especfica............................................................................................ 21 16.3 - PRINCPIOS, LEIS E TEOREMAS DA FSICA UTILIZADAS NA MEDIO DEPRESSO.............................................................................................................................. 21 16.3.1 - Lei da Conservao de Energia (Teorema de Bernoulli) ............................ 21 16.3.2 - Teorema de Stevin................................................................................................. 21 16.3.3 - Princpio de Pascal ............................................................................................... 21 16.3.4 - Equao Manomtrica.......................................................................................... 22 16.4 - DEFINIO DE PRESSO .......................................................................................... 22 16.4.1 - Presso Esttica .................................................................................................... 22 16.4.2 - Presso Dinmica.................................................................................................. 23 16.4.3 - Presso total ........................................................................................................... 23 16.4.4 - Tipos de Presso Medidas .................................................................................. 23 16.4.4.1 -Presso absoluta............................................................................................. 23 16.4.4.2 ................................................................................................................................ 23 16.4.4.3 ................................................................................................................................ 23 16.4.4.4 ................................................................................................................................ 23 16.4.5 - Unidades de Presso............................................................................................ 24 16.5 - TCNICAS DE MEDIO DE PRESSO ................................................................. 24 16.5.1 - Introduo................................................................................................................ 24 16.5.2 Composio dos Medidores de Presso ....................................................... 24 16.5.3 - Principais Tipos de Medidores .......................................................................... 25 16.5.3.1 ................................................................................................................................ 25 16.5.3.1.1 - Manmetro de Lquido........................................................................... 25 16.6 - TIPOS DE MANMETRO LQUIDO ........................................................................... 26 16.6.1 -Manmetro tipo Coluna em U.............................................................................. 26 16.6.2 - Manmetro tipo Coluna Reta Vertical ............................................................. 27 16.6.3 - Manmetro tipo Coluna Inclinada ..................................................................... 28 16.6.4 -APLICAO.............................................................................................................. 29 16.7 - MANMETRO TIPO ELSTICO ................................................................................. 29 16.7.1 - Manmetro Tubo Bourdon .................................................................................. 30 16.8 - MANMETRO PADRO .............................................................................................. 38 16.8.1 - Manmetro tipo coluna lquida .......................................................................... 38 16.9. INSTRUMENTO DE TRANSMISSO DE SINAL ...................................................... 39 16.9.1 - Tipos de transmissores de presso ................................................................. 39 16.9.1.2 -Transmissores eletrnicos analgicos ........................................................... 40 16.10 - Escolha do Tipo de Medidor .................................................................................... 42 16.11 - Recomendaes para uso........................................................................................ 43 2. 17.MEDIO DE NVEL......................................................................................................... 43 2Prof Edlson Alfredo da Silva

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17.1 - INTRODUO ................................................................................................................ 43 17.2 - CLASSIFICAO E TIPO DE MEDIDORES DE NVEL......................................... 43 17.3 - MEDIDORES DE NVEL POR MEDIO DIRETA .................................................. 44 17.3.1 - Medidor de Nvel Tipo Rgua ou Gabarito...................................................... 44 17.3.2 - Visores de Nvel ..................................................................................................... 44 17.3.3 - Medidor de Nvel tipo Flutuador ........................................................................ 50 17.4 - MEDIDORES DE NVEL POR MEDIO INDIRETA .............................................. 51 17.4.1 -Medidor de Nvel Tipo Deslocador (DISPLACER) .......................................... 51 17.4.2 -Medidor de Nvel Tipo Presso Diferencial ..................................................... 53 17.4.3 - Medidor de Nvel tipo Borbulhador................................................................... 57 17.4.4 -Medidor de Nvel Tipo Capacitivo ...................................................................... 58 17.4.5 -Medidor de Nvel Tipo Ultra-Som........................................................................ 63 17.4.6 - Medidor de Nvel tipo Radioativo ...................................................................... 65 17.4.7 -Medio de Nvel por Pesagem........................................................................... 66 17.4.8 -Medio de Nvel de Slidos................................................................................ 67 17.4.9 - Escolha do tipo de Medidor de Nvel................................................................ 67 17.4.10 - Instrumentos para Alarme e Intertravamento.............................................. 67 3. 18 SENSOR DE TEMPERATURA..................................................................................... 71 18.1.2 Efeitos Termoeltricos ........................................................................................ 71 18.1.2.1 Efeito termoeltrico de Seebeck ............................................................... 72 18.1.2.2 Efeito termoeltrico de Peltier ................................................................... 72 18.1.2.3 Efeito termoeltrico de Thomson.............................................................. 72 18.1.2.4 Efeito termoeltrico de Volta...................................................................... 73 18.1.3.1 Lei do circuito homogneo......................................................................... 73 18.1.3.2 Lei dos metais intermedirios ................................................................... 73 18.1.3.3 Lei das temperaturas intermedirias ....................................................... 74 18.1.4 Correlao da F.E.M. em Funo da Temperatura ...................................... 74 18.1.5 Tipos e Caractersticas dos Termopares ....................................................... 75 18.1.5.1.1 TIPO T........................................................................................................ 75 18.1.5.1.2 TIPO J ........................................................................................................ 76 18.1.5.1.3 TIPO E........................................................................................................ 76 18.1.5.1.4 TIPO K ....................................................................................................... 76 18.1.5.2 -Termopares nobres......................................................................................... 76 18.1.5.2.1 TIPO S........................................................................................................ 76 18.1.5.2.2 TIPO R ....................................................................................................... 76 18.1.5.2.3 TIPO B ....................................................................................................... 76 18.1.5.3.1 Tungstnio Rhnio ............................................................................. 77 18.1.5.3.2 Irdio 4 0 % -Rhodio / Irdio .................................................................. 77 18.1.5.3.3 Platina -4 0% Rhodio / Platina -2 0 % Rhodio ................................. 77 18.1.5.3.5 Nicrosil / Nisil .......................................................................................... 77 18.1.6 Correo da Junta de Referncia..................................................................... 77 18.1.7 Fios de Compensao e Extenso................................................................... 78 18.1.8 Erros De Ligao .................................................................................................. 79 18.1.9 Termopar de Isolao Mineral........................................................................... 81 18.1.9.1 Vantagens dos termopares de isolao mineral .................................. 81 18.1.10 Associao de Termopares ............................................................................. 82 18.2.1 Princpio de Funcionamento ............................................................................. 83 18.2.2 Construo Fsica Do Sensor ........................................................................... 84 3Prof Edlson Alfredo da Silva

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18.2.3 Caractersticas da Termo-resistncia De Platina......................................... 84 18.2.4 Princpio de Medio ........................................................................................... 85 18.2.4.1 Ligao a 2 fios .............................................................................................. 86 18.2.4.2 Ligao a 3 fios .............................................................................................. 86 18.3 Medio de temperatura por radiao ................................................................... 87

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1. INSTRUMENTAO 15.1. introduo instrumentaoINSTRUMENTAO a cincia que aplica e desenvolve tcnicas para adequao de instrumentos de medio, transmisso, indicao, registro e controle de variveis fsicas em equipamentos nos processos industriais. Nas indstrias de processos tais como siderrgica, petroqumica, alimentcia, papel, etc.; a instrumentao responsvel pelo rendimento mximo de um processo, fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaborao do produto desejado. Asprincipais grandezas que traduzem transferncias de energia no processo so: PRESSO,NVEL, VAZO, TEMPERATURA; as quais denominamos de variveis de um processo.

15.2 - CLASSIFICAO DE INSTRUMENTOS DE MEDIO Existem vrios mtodos de classificao de instrumentos de medio. Dentre os quais podemos ter: Classificao por: funo sinal transmitido ou suprimento tipo de sinal

15.2.1 - Classificao por Funo Conforme ser visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associao desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma funo. Os instrumentos que podem compor uma malha so ento classificados por funo cuja descrio sucinta pode ser liga na tabela 01.

Fig. 01 - Exemplo de configurao de uma malha de controle


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TABELA 01 - CLASSIFICAO POR FUNOINSTRUMENTO Detector Transmissor DEFINIO So dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraes na varivel do processo. Pode ser ou no parte do transmissor. Instrumento que tem a funo de converter sinais do detector em outra forma capaz de ser enviada distncia para um instrumento receptor, normalmente localizado no painel. Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelo detector, transmissor, etc. Instrumento que registra graficamente valores instantneos medidos ao longo do tempo, valores estes enviados pelo detector, transmissor, Controlador etc. Instrumento cuja funo a de receber uma informao na forma de um sinal, alterar esta forma e a emitir como um sinal de sada proporcional ao de entrada. Instrumento que realiza operaes nos sinais de valores de entrada de acordo com uma determinada expresso e fornece uma sada resultante da operao. Instrumento que indica o valor obtido pela integrao de quantidades medidas sobre o tempo. Instrumento que compara o valor medido com o desejado e, baseado na diferena entre eles, emite sinal de correo para a varivel manipulada a fim de que essa diferena seja igual a zero. Dispositivo cuja funo modificar o valor de uma varivel que leve o processo ao valor desejado.

Indicador Registrador Conversor

Unidade Aritmtica Integrador Controlador

Elemento final de controle

15.2.2 - Classificao por Sinal de Transmisso ou Suprimento Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou o seu suprimento. A seguir ser descrito os principais tipos, suas vantagens e desvantagens. 15.2.2.1 -Tipo pneumtico Nesse tipo utilizado um gs comprimido, cuja presso alterada conforme o valor que se deseja representar. Nesse caso a variao da presso do gs linearmente manipulada numa faixa especfica, padronizada internacionalmente, para representar a variao de uma grandeza desde seu limite inferior at seu limite superior. O padro de transmisso ou recepo de instrumentos 2 pneumticos mais utilizado de 0,2 a 1,0 kgf/cm (aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Ingls). Os sinais de transmisso analgica normalmente comeam em um valor acima do zero para termos uma segurana em caso de rompimento do meio de comunicao. O gs mais utilizado para transmisso o ar comprimido, sendo tambm o NITROGNIO eem casos especficos o GS NATURAL (PETROBRAS). 15.2.2.1.1 -Vantagem

A grande e nica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumticos est no fato de se poder oper-los com segurana em reas onde existe risco de exploso (centrais de gs, por exemplo).15.2.2.1.2 -Desvantagens a) Necessita de tubulao de ar comprimido (ou outro gs) para seu suprimento e funcionamento. b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador, etc ..., para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem partculas slidas. c) Devido ao atraso que ocorre na transmisso do sinal, este no pode ser enviado longa


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Distncia, sem uso de reforadores. Normalmente a transmisso limitada a aproximadamente 100 m. d) Vazamentos ao longo da linha de transmisso ou mesmo nos instrumentos so difceis de serem detectados. e) No permite conexo direta aos computadores. 15.2.2.2 -Tipo Hidrulico Similar ao tipo pneumtico e com desvantagens equivalentes, o tipo hidrulico utiliza-se da variao de presso exercida em leos hidrulicos para transmisso de sinal. especialmente utilizado em aplicaes onde torque elevado necessrio ou quando o processo envolve presses elevadas. 15.2.2.2.1 Vantagens a) Podem gerar grandes foras e assim acionar equipamentos de grande peso e dimenso.b) Resposta rpida. 15.2.2.2.2 Desvantagens a) Necessita de tubulaes de leo para transmisso e suprimento.b) Necessita de inspeo peridica do nvel de leo bem como sua troca.c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatrio, filtros, bombas, etc... 15.2.2.3 -Tipo eltrico Esse tipo de transmisso feita utilizando sinais eltricos de corrente ou tenso. Face a tecnologia disponvel no mercado em relao a fabricao de instrumentos eletrnicos microprocessados, hoje, esse tipo de transmisso largamente usado em todas as indstrias, onde no ocorre risco de exploso. Assim como na transmisso pneumtica, o sinal linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mnimo e mximo de uma varivel de um processo qualquer. Como padro para transmisso a longas distncias so utilizados sinais em corrente contnua variando de (4 a 20 mA) e para distncias at 15 metros aproximadamente, tambm utilizase sinais em tenso contnua de 1 a 5V. 15.2.2.3.1 Vantagens a) Permite transmisso para longas distncias sem perdas. b) A alimentao pode ser feita pelos prprios fios que conduzem o sinal de transmisso. c) No necessita de poucos equipamentos auxiliares. d) Permite fcil conexo aos computadores. e) Fcil instalao. f) Permite de forma mais fcil realizao de operaes matemticas. g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA)seja lido por mais de um instrumento, ligando em srie os instrumentos. Porm, existe um limite quanto soma das resistncias internas deste instrumentos, que no deve ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor. 15.2.2.3.2 Desvantagens a) Necessita de tcnico especializado para sua instalao e manuteno. b) Exige utilizao de instrumentos e cuidados especiais em instalaes localizadas em reas de riscos. c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais. d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra rudos eltricos. 15.3.2.4 -Tipo Digital Nesse tipo, pacotes de informaes sobre a varivel medida so enviados para uma estao receptora, atravs de sinais digitais modulados e padronizados. Para que a comunicao entre o elemento transmissor receptor seja realizada com xito utilizada uma linguagem padro chamado protocolo de comunicao(ver anexo A). 15.3.2.4.1 - Vantagens a) No necessita ligao ponto a ponto por instrumento. b) Pode utilizar um par tranado ou fibra ptica para transmisso dos dados. c) Imune a rudos externos. d) Permite configurao, diagnsticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha. e) Menor custo final.


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15.3.2.4.2 - Desvantagens a) Existncia de vrios protocolos no mercado, o que dificulta a comunicao entre equipamentos de marcas diferentes. b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicao pode-se perder a informao e/ou controle de vrias malha. 15.3.2.5 -Via Rdio Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos so enviados sua estao receptora via ondas de rdio em uma faixa de freqncia especfica. 15.3.2.5.1 - Vantagens a) No necessita de cabos de sinal. b) Pode-se enviar sinais de medio e controle de mquinas em movimento.

15.3.2.5.2 - Desvantagens a) Alto custo inicial. b) Necessidade de tcnicos altamente especializados.15.3.2.6 -Via Modem A transmisso dos sinais feita atravs de utilizao de linhas telefnicas pela modulao do sinal em freqncia, fase ou amplitude. 15.3.2.6.1 Vantagens a) Baixo custo de instalao. b) Pode-se transmitir dados a longas distncias. 15.3.2.6.2 - Desvantagens a) Necessita de profissionais especializados. b) baixa velocidade na transmisso de dados. c) sujeito a interferncias externas, inclusive violao de informaes. 15.4 - SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAO Com objetivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentos utilizados para representar as configuraes utilizadas para representar as configuraes das malhas de instrumentao, normas foram criadas em diversos pases. No Brasil Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) atravs de sua norma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de smbolos grficos para representao dos diversos instrumentos e suas funes ocupadas nas malhas de instrumentao. No entanto, como dada a liberdade para cada empresa estabelecer/escolher a norma a ser seguida na elaborao dos seus diversos documentos de projeto de instrumentao outras so utilizadas. Assim, devido a sua maior abrangncia e atualizao, uma das normas mais utilizadas em projetos industriais no Brasil a estabelecida pela ISA (Instrument Society of America). A seguir sero apresentadas as normas ABNT e ISA, de forma resumida, e que sero utilizadas ao longo dos nossos trabalhos. 15.4.1 - Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 15.4.1.1 - Tipos de Conexes 1) Conexo do processo, ligao mecnica ou suprimento ao instrumento. 2) Sinal pneumtico ou sinal indefinido para diagramas de processo. 3) Sinal eltrico. 4) Tubo capilar (sistema cheio). 5) Sinal hidrulico.


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6) Sinal eletromagntico ou snico (sem fios).

15.4.1.2 - Cdigo de Identificao de Instrumentos Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o classifique funcionalmente (Tabela 2). Como exemplo, uma identificao representativa a seguinte: TRC 2 A 1 letra Letras sucessivas N da cadeia Sufixo (normalmente no utilizado) Identificao Funcional Identificao da Cadeia

TABELA 2 - SIGNIFICADO DAS LETRAS DE IDENTIFICAOPRIMEIRA LETRA Varivel Medida ou inicial (3) A B C D E F G H I J L M N(1) O P Q R S T U V Analisador (4) Chama de queimador Condutividade eltrica Densidade ou massa especfica Tenso eltrica Vazo Medida dimensional Comando Manual Corrente eltrica Potncia Nvel Umidade Indefinida Indefinida (1) Presso ou vcuo Quantidade ou evento Radioatividade Velocidade ou freqncia Temperatura Multivarivel (5) Viscosidade Integrador ou totalizador (3) Segurana (7) * Multifuno (11) Diferencial (3) Razo (frao) (3) Varredura ou Seletor (6) Modificadora LETRAS SUBSEQUENTES Funo de informao ou passiva Alarme Indefinida Elemento primrio Visor (8) Indicador (9) Lmpada Piloto (10) Funo final Modificadora

-

Indefinida (1)

Indefinida (1) Alto (6,14,15) Baixo (6,14,15) Mdio ou intermedirio (6.14)

Controlador (12) -

Indefinida (1) Orifcio de restrio Ponto de teste Registrador ou impressor

Indefinida (1) Chave (12) Transmissor * Multifuno (11) Vlvula (12)

Indefinida (1) * Multifuno (11) -


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W X(2) Y

Peso ou fora No classificada Indefinida (1)

-

Poo No classificada -

No classificada Rel ou computao (11, 13) Elemento final de controle no classificado

No classificada -

Z

Posio

-

-

-

* Multifuno indica que um nico instrumento capaz de exercer mais de uma funo.

OBSERVAO: Os nmeros entre parnteses se referem s notas relativas que so dadas a seguir. NOTAS RELATIVAS 1) As letras indefinidas so prprias para indicao de variveis no listadas que podem ser repetidas em um projeto particular. Se usada, a letra dever ter um significado como primeiraletra e outro significado como letra-subsequente. O significado precisar ser definido somente uma vez e uma legenda para aquele respectivo projeto. Por exemplo: a letra N pode ser definida como Mdulo de Elasticidade na primeira-letra na letrasubsequente. 2) A letra no-classificada, X, prpria para indicar variveis que sero usadas uma vez, ou de uso limitado. Se usada, a letra poder ter qualquer nmero de significados como primeira-letra e qualquer nmero de significados como letra-subsequente. Exceto para seu uso como smbolos especficos, seu significado dever ser definido fora do crculo de identificao no fluxograma. Por exemplo: XR-3 pode ser um registrador de vibrao, XR-2 pode ser um registrador de tenso mecnica e XX4 pode ser um osciloscpio de tenso mecnica. 3) Qualquer primeira-letra, se usada em combinao com as letras modificadoras D (diferencial), F (razo) ou Q (totalizao ou integrao), ou qualquer combinao, ser tratada como uma entidade primeira-letra. Ento, instrumentos TDI e TI medem duas diferentes variveis, que so: temperatura diferencial e temperatura. 4) A primeira-letra A, para anlise, cobre todas as anlises no listadas na Tabela 1 e no cobertas pelas letras indefinidas. Cada tipo de anlise dever ser definido fora do seu crculo de indefinio no fluxograma. Smbolos tradicionalmente conhecidos como pH, O2, e CO, tm sido usados opcionalmente em lugar da primeira-letra A. Esta prtica pode causar confuso particularmente quando as designaes so datilografadas por mquinas que usam somente letras maisculas. 5) O uso da primeira-letra U para multivariveis em lugar de uma combinao de primeira letra opcional. 6) O uso dos termos modificadores alto, baixo, mdio ou intermedirio e varredura ou seleo preferido, porm opcional. 7) O termo segurana se aplicar somente para elementos primrios de proteo de emergncia e elementos finais de controle de proteo de emergncia. Ento, uma vlvula auto-operada que previne a operao de um sistema acima da presso desejada, aliviando a presso do sistema, ser uma PCV, mesmo que a vlvula no opere continuamente. Entretanto esta vlvula ser uma PSV se seu uso for para proteger o sistema contra condies de emergncia, isto , condies que colocam em risco o pessoal e o equipamento, ou ambos e que no se esperam acontecer normalmente. A designao PSV aplica-se para todas as vlvulas que so utilizadas para proteger contra condies de emergncia em termos de presso, no importando se a construo e o modo de operao da vlvula enquadram-se como vlvula de segurana, vlvula de alvio ou vlvula de segurana e alvio.


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8) A funo passiva visor aplica-se a instrumentos que do uma viso direta e no calibrada do processo.9) O termo indicador aplicvel somente quando houver medio de uma varivel. Um ajuste manual, mesmo que tenha uma escala associada, porm desprovido de medio de fato, no deve ser designado indicador. 10) Uma lmpada-piloto, que a parte de uma malha de instrumentos, deve ser designada por uma primeira-letra seguida pela letra subsequente. Entretanto, se desejado identificar uma lmpada-piloto que no parte de uma malha de instrumentos, a lmpada-piloto pode ser designada da mesma maneira ou alternadamente por uma simples letra L. Por exemplo: a lmpada que indica a operao de um motor eltrico pode ser designada com EL, assumindo que a tenso a varivel medida ou XL assumindo a lmpada atuada por contatos eltricos auxiliares do sistema de partida do motor, ou ainda simplesmente L. A ao de uma lmpadapiloto pode ser acompanhada por um sinal audvel. 11) O uso da letra-subsequente U para multifuno em lugar de uma combinao de outras letras funcionais opcional. 12) Um dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos pode ser, dependendo das aplicaes, uma chave, um rel, um controlador de duas posies, ou uma vlvula de controle. Se o dispositivo manipula uma corrente fluida de processo e no uma vlvula de bloqueio comum atuada manualmente, deve ser designada como uma vlvula de controle. Para todas as outras aplicaes o equipamento designado como: a) uma chave, quando atuado manualmente; b) uma chave ou um controlador de duas posies, se automtico e se atuado pela varivel medida. O termo chave geralmente atribudo ao dispositivo que usado para atuar um circuito de alarme, lmpada piloto, seleo, intertravamento ou segurana. O termo controlador geralmente atribudo ao equipamento que usado para operao de controle normal; c) um rel, se automtico e no atuado pela varivel medida, isto , ele atuado por uma chave ou por um controlador de duas posies. 13) Sempre que necessrio as funes associadas como o uso da letra-subsequente Y devem ser definidas fora do crculo de identificao. No necessrio esse procedimento quando a funo por si s evidente, tal como no caso de uma vlvula solenide. 14) O uso dos termos modificadores alto, baixo, mdio ou intermedirio, deve corresponder a valores das variveis medidas e no dos sinais, a menos que de outra maneira seja especificado. Por exemplo: um alarme de nvel alto derivado de um transmissor de nvel de ao reversa um LAH, embora o alarme seja atuado quando o sinal alcana um determinado valor baixo. Os termos podem ser usados em combinaes apropriadas.. 15) Os termos alto ebaixo, quando aplicados para designar a posio de vlvulas, so definidos como: alto - denota que a vlvula est em ou aproxima-se da posio totalmente aberta; baixo - denota que a vlvula est em ou aproxima-se da posio totalmente fechada.


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15.4.1.2 - Simbologia de Identificao de Instrumentos de Campo e Painel

Smbolo geral do instrumento

Montado no campo

Montado entre o painel e o campo

Montado em painel

Montagem Local

Montagem do painel

4.1.2.2 - Vlvula de Controle Vlvula com atuador pneumtico de diafragma Vlvula com atuador eltrico (senoidal ou motor)

Vlvula com atuador hidrulico ou pneumtico tipo pisto

Vlvula manual Vlvula auto-operada de diafragma


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15.4.1.3 - Alguns Arranjos Tpicos de Instrumentos 15.4.1.3.1 -Vazo Medidor de linha (Rotmetro) Transmissor de vazo

Indicador de vazo (montagem local)

Registrador de linha

Registrador Montado no painel e Transmissor local com transmisso pneumtica.

Registrador conectado a registrador de presso (montagem

local)

Registrador de vazo com registrador de presso. Registradores no painel e transmissores locais com transmisso pneumtica.

Controlador e registrador de vazo comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica. Registrador no painel e transmissor local.


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15.4.1.3.2 -Presso Indicador de presso (manmetro) (montagem local)

Registrador de presso no painel.

Registrador-controlador de presso, comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica. Registrador no painel e transmissor local.

Alarme de presso alta montagem local.

Vlvula reguladora de presso auto-atuada.

Controlador de presso, tipo cego, comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica.

Instrumento combinado de registro e controle de nvel, comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica.


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15.4.1.3.3 - Temperatura Poo para termmetro ou termopar.

Indicador de temperatura.

Indicador de temperatura no painel com transmisso eltrica.

Indicador e registrador de temperatura no painel, com transmisso eltrica.

Registrador controlador de temperatura, no painel (com transmisso eltrica) comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica.

Controlador-indicador de temperatura, tipo expanso comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica.

Vlvula de controle auto-atuada.


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Instrumento combinado de registro e controle de temperatura no painel, comandando vlvula de controle com transmisso pneumtica. 15.4.1.3.4 -Nvel

Alarme de nvel baixo, montagem local, com sinalizao no painel (transmisso eltrica).

Instrumento combinado de registro e controle de nvel, comandando vlvula de controle, com transmisso pneumtica. Instrumento no painel transmissores de locais.

15.4.2 - Simbologia Conforme Norma ISA 15.4.2.1 - Finalidades 15.4.2.1.1 - Informaes Gerais: As necessidades de procedimentos de vrios usurios so diferentes. A norma reconhece essas necessidades quando esto de acordo com os objetivos e fornece mtodos alternativos de simbolismo. Vrios exemplos so indicados para adicionar informaes ou simplificar o simbolismo. Os smbolos dos equipamentos de processo no fazem parte desta norma, porm so includos apenas para ilustrar as aplicaes dos smbolos da instrumentao. 15.4.2.2 - Aplicao na Indstria O norma adequada para uso em indstrias qumicas, de petrleo, de gerao de energia, refrigerao, minerao, refinao de metal, papel e celulose e muitas outras. Algumas reas, tal como astronomia, navegao e medicina usam instrumentos to especializados que so diferentes dos convencionais. No houve esforos para que a norma atendesse s necessidades dessas reas. Entretanto, espera-se que a mesma seja flexvel suficientemente para resolver grande parte desse problema.

15.4.3 -Aplicao nas atividades de trabalho A norma adequada para uso sempre que qualquer referncia a um instrumento ou a uma funo de um sistema de controle for necessria com o objetivo de simbolizao de identificao. Tais referncias podem ser aplicadas para as seguintes utilizaes (assim como outras): Projetos;


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exemplos didticos; material tcnico - papeis, literatura e discusses; diagramas de sistema de instrumentao, diagramas de malha, diagramas lgicos; descries funcionais; diagrama de fluxo: processo, mecnico, engenharia, sistemas, tubulao (processo) e desenhos/projetos de construo de instrumentao; Especificaes, ordens de compra, manifestaes e outras listas; Identificao de instrumentos (nomes) e funes de controle; Instalao, instrues de operao e manuteno, desenhos e registros. A norma destina-se a fornecer informaes suficientes a fim de permitir que qualquer pessoa, ao revisar qualquer documento sobre medio e controle de processo, possa entender as maneiras de medir e controlar o processo (desde que possua um certo conhecimento do assunto). No constitui pr-requisito para esse entendimento um conhecimento profundo/detalhado de um especialista em instrumentao. 15.4.4 -Aplicao para Classes e Funes de Instrumentos As simbologias e o mtodo de identificao desta norma so aplicveis para toda classe de processo de medio e instrumentao de controle. Podem ser utilizados no somente para identificar instrumentos discretos e suas funes, mas tambm para identificar funes analgicas de sistemas que so denominados de vrias formas como Shared Display, Shared Control, Distribuided Control e Conputer Control. 15.4.5 - Contedo da Identificao da Funo A norma composta de uma chave de funes de instrumentos para sua identificao e simbolizao. Detalhes adicionais dos instrumentos so melhor descritos em uma especificao apropriada, folha de dados, ou outro documento utilizado que esses detalhes requerem. 15.4.6 - Contedo de Identificao da Malha A norma abrange a identificao de um instrumento e todos outros instrumentos ou funes de controle associados a essa malha. O uso livre para aplicao de identificao adicional tais como, nmero de serie, nmero da unidade, nmero da rea, ou outros significados.


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TABELA 3 - IDENTIFICATION LETTERSFIRST-LETTER (4) MEASURED OR INITIATING VARIABLE A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Analysis (5,19) Burner, Combustion Users Choice (1) Users Choice (1) Voltage Flow Rate Users Choice (1) Hand Corrent (Electrical) Power Time, Time Schedule Level Users Choice(1) Users Choice(1) Users Choice(1) Pressure, Vaccum Quantity Radioation Speed, Frequency Temperature Multivariable (6) Vibration, Mechanical Analysis (19) Weight, Force Unclassified (2) Event, State or Presence (20) Position, Dimension X Axis Y Axis Z Axis Multifunction (12) Safety (8) Integrate,Totalize (4) Recorder (17) Switch (13) Transmit (18) Multifunction(12) Vlve, Damper, Louver(13) Well Unclassified (2) Unclassified (2) Relay, Compute,Convert (13, 14, 18) Driver, Actuator, Unclassified Final Control Element Unclassified (2) Multifunction (12) Momentary (4) Users Choice(1) Orifice, Restriction Point (Test)Connection Users Choice(1) Scan (7) Time Rate of Change (4, 21) Light (11) Control Station (22) Low (7,15, 16) Middle, Intermediate (7,15) Users Choice(1) Indicate (10) Ratio (Francion) (4) Glass, Viewing Device (9) High (7,15, 16) Differential (4) Sensor (Primary Element) MODIFIER READOUT OR PASSIVE FUNCITION Alarm Users Choice(1) SECCENDING-LETTERS (3) OUTIPUT FUNCTION Users Choice (1) Control (13) MODIFIER

Users Choice (1)

Note: Numbers in parentheses refer to specific explanatory notes on pages 15 and 16.

15.4.7 - Smbolos de Linha de Instrumentos Todas as linhas so apropriadas em relao s linhas do processo de tubulao: ( 1 ) alimentao do instrumento * ou conexo ao processo. ( 2 ) sinal indefinido. ( 3 ) sinal pneumtico. ** ( 4 ) sinal eltrico. ( 5 ) sinal hidrulico. ( 6 ) tubo capilar. ( 7 ) sinal snico ou eletromagntico (guiado).*** ( 8 ) sinal snico ou eletromagntico (no guiado). ***


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( 9 ) conexo interna do sistema (software ou data link). ( 10 ) conexo mecnica. 4.7.1 - Smbolos opcionais binrios (ON -OFF) ( 11 ) sinal binrio pneumtico ( 12 ) sinal binrio eltrico Nota: OU significa escolha do usurio. Recomenda-se coerncia. * Sugerimos as seguintes abreviaturas para denotar os tipos de alimentao. Essas designaes podem ser tambm aplicadas para suprimento de fluidos. AS - suprimento de ar IA - ar do instrumento opes PA - ar da planta ES - alimentao eltrica GS - alimentao de gs HS - suprimento hidrulico NS - suprimento de nitrognio SS - suprimento de vapor WS - suprimento de gua O valor do suprimento pode ser adicionado linha de suprimento do instrumento; exemplo:AS100, suprimento de ar 100-psi; ES-24DC; alimentao eltrica de 24VDC.** O smbolo do sinal pneumtico se aplica para utilizao de sinal, usando qualquer gs.*** Fenmeno eletromagntico inclui calor, ondas de rdio, radiao nuclear e luz. 15.4.8 - Smbolos Gerais de Instrumentos ou de FunesLocalizao primria *** Normalmente acessvel ao operador Localizao Auxiliar *** Normalmente acessvel ao operador

Montagem do Campo

1 * IPI ** Instrumentos discretos

2

3

4 Display compartilhado, controle compartilhado

5

6

7 Funo em computador

8

9

10 Controle Lgico Programvel

11

12


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13

14 Instrumento com nmeros de identificao grandes GTE

15 Instrumentos montados no mesmo alojamento ****

2584-23

16 Luz Piloto

17 Ponto de teste montado no painel C 12

18 ***** Purga P

19

20 diafragma de selagem

21 *** **** Intertravamento lgico indefinido i

16.MEDIO DE PRESSO16.1 - INTRODUO Como j foi escrito, a instrumentao a cincia que se ocupa em desenvolver e aplicar tcnicas de medio, indicao, registro e controle de processos de transformao, visando a otimizao da eficincia dos mesmos. Essas tcnicas so normalmente suportadas teoricamente em princpios fsicos e ou fsico-qumicos e utiliza-se das mais avanadas tecnologias de fabricao para viabilizar os diversos tipos de medio de variveis industriais. Dentre essas variveis encontra-se a presso cuja medio possibilita no s sua monitorao e controle como tambm de outras variveis tais como nvel, vazo e densidade. Assim por ser sua compreenso bsica para o entendimento de outras reas da instrumentao iniciaremos revisando alguns conceitos fsicos importantes para medio de presso. 16.2 - DEFINIES BSICAS 16.2.1 -Slido Toda matria cuja forma no muda facilmente quando submetida uma fora. 16.2.2 -Lquidos Toda matria cuja forma pode ser mudada facilmente quando submetida uma fora, porm sem mudar o volume. 16.2.3 - Gs Toda matria cuja forma e volume podem ser mudadas facilmente quando submetida fora. 16.2.4 -Fluido Toda matria cuja forma pode ser mudada e por isso capaz de se deslocar. Ao ato de se deslocar caracterizado como escoamento e assim chamado de fluido. 16.2.5 - Massa Especfica Tambm chamada de densidade absoluta a relao entre a massa e o volume de uma determinada substncia. representada pela letra R () e no SI pela unidade (kg/m ). 16.2.6 - Densidade Relativa Relao entre massa especfica de uma substncia A e a massa especfica de uma substncia de referncia, tomadas mesma condio de temperatura e presso. Nota:1 - Para lquidos a densidade de uma substncia tem como referncia a gua destilada a3

4C e 1 atm cujo valor foi convencionado ser igual a unidade.2 -Para gases e vapores a densidade de uma substncia tem como referncia o ar a 15C e 1 atm cujo valor foi convencionado ser igual a unidade.


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16.2.7 - Peso Especfico Relao entre peso e o volume de uma determinada substncia. representado pela letra gama 3 () e cuja unidade usual kgf/m . 16.2.8 - Gravidade Especfica Relao entre a massa de uma substncia e a massa de um mesmo volume de gua, ambos tomadas mesma temperatura. 16.3 - PRINCPIOS, LEIS E TEOREMAS DA FSICA UTILIZADAS NA MEDIO DEPRESSO 16.3.1 - Lei da Conservao de Energia (Teorema de Bernoulli) Esse teorema foi estabelecido por Bernoulli em 1738 e relaciona as energias potenciais e cinticas de um fluido ideal ou seja, sem viscosidade e incompressvel. Atravs desse teorema pode-se concluir que para um fluido perfeito, toda forma de energia pode ser transformada em outra, permanecendo constante sua somatria ao longo de uma linha de corrente. Assim sua equao representativa : 2 2 P1 + . V 1 + . g . h1 = P2 + . V 2 + g . h2 = cte Essa equao pode ser simplificada em funo das seguintes situaes: a) Se a corrente for constante na direo horizontal, teremos: 2 2 P1 + . V 1 = P2 + . V 2 = cte b) Se a velocidade nula e assim o fluido se encontra em repouso, teremos: P1 + gh1 = P2 + gh2 = cte 16.3.2 - Teorema de Stevin Esse teorema foi estabelecido por STEVIN e relaciona as presses estticas exercidas por um fluido em repouso com a altura da coluna do mesmo em um determinado reservatrio. Seu enunciado diz: A diferena de presso entre dois pontos de um fluido em repouso igual ao produto do peso especfico do fluido pela diferena de cota entre os dois pontos.

P2 - P1 = P = (h2 - h1) . Observao Este teorema s vlido para fluidos em repouso. A diferena de cotas entre dois pontos deve ser feita na vertical.

16.3.3 - Princpio de Pascal A presso exercida em qualquer ponto de um lquido em forma esttica, se transmiteintegralmente em todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais.Devido serem os fluidos praticamente incompressveis, a fora mecnica desenvolvida emum fluido sob presso pode ser transmitida.


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Fig. 2

Se aplicarmos uma fora F1 = 10 kgf sobre o pisto 1, o pisto 2 levantar um peso de 50 kgf devido ter o mesmo uma rea 5 vezes maior que a rea do pisto 1. P1 = F1 e P2 = F2 como P1 = P2 F1 = F2 A1 A2 A1 A2 Outra relao: O volume deslocado ser o mesmo. V1 = A1 x h1 V2 = A2 x h2 A1 x h1 = A2h2 Exemplo: 2 2 Sabendo-se que F1 = 20 kgf, A1 = 100 cm e A2 = 10cm , calcular F2. 2 2 F1 = F2 F2 = F1 x A2 = 20 x 10 kfg x cm F2 = 2 kgf A1 A2 A1 100 cm 16.3.4 - Equao Manomtrica Esta equao relaciona as presses aplicadas nos ramos de uma coluna de medio e altura de coluna do lquido deslocado. A equao apresenta-se como a expresso matemtica resultante dessa relao.

Fig. 3

P1 + (h1 . ) = P2 + (h2 . )

P1 - P2 = . (h2 - h1)

16.4 - DEFINIO DE PRESSO Pode ser definida como sendo a relao entre uma fora aplicada perpendicularmente (90) uma rea (fig. 4) e expressa pela seguinte equao: P = F = Fora 10 KgfA rea

1 cmFig. 4 Exemplo de

aplicao de uma fora em uma superfcie (10 Kgf/cm ).

2

A presso pode ser tambm expressa como a somatria da presso esttica e presso dinmica e assim chamada de presso total. 16.4.1 - Presso Esttica


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a presso exercida em um ponto, em fluidos estticos, que transmitida integralmente em todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais. 16.4.2 - Presso Dinmica a presso exercida por um fluido em movimento paralelo sua corrente. A presso dinmica representada pela seguinte equao: 2 2 Pd = 1 . . V (N/m ) 2 16.4.3 - Presso total a presso resultante da somatria das presses estticas e dinmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento. 16.4.4 - Tipos de Presso Medidas A presso medida pode ser representada pela presso absoluta, manomtrica ou diferencial. A escolha de uma destas trs depende do objetivo da medio. A seguir ser definido cada tipo, bem como suas inter-relaes e unidades utilizadas para represent-las. 16.4.4.1 -Presso absoluta a presso positiva a partir do vcuo perfeito, ou seja, a soma da presso atmosfrica dolocal e a presso manomtrica. Geralmente coloca-se a letra A aps a unidade. Mas quandorepresentamos presso abaixo da presso atmosfrica por presso absoluta, esta denominada grau de vcuo ou presso baromtrica. 16.4.4.2 -Presso manomtrica a presso medida em relao presso atmosfrica existente no local, podendo serpositiva ou negativa. Geralmente se coloca a letra G aps a unidade para represent-la.Quando se fala em uma presso negativa, em relao a presso atmosfrica chamamospresso de vcuo. 16.4.4.3 -Presso diferencial o resultado da diferena de duas presses medidas. Em outras palavras, a pressomedida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referncia da presso atmosfrica. 16.4.4.4 -Relao entre Tipos de Presso MedidaA figura abaixo mostra graficamente a relao entre os trs tipos de presso medida.

Fig. 5 - Relao entre tipos de presso.


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16.4.5 - Unidades de Presso A presso possui vrios tipos de unidade. Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacional e unidade do sistema de coluna de lquido so utilizados tendo como referncia a presso atmosfrica e so escolhidas, dependendo da rea de utilizao, tipos de medida de presso, faixa de medio, etc. Em geral so utilizados para medio de presso, as unidades Pa, N/m, kgf/cm, mHg, mH2O, 2 lbf/pol , Atm e bar. A seleo da unidade livre, mas geralmente deve-se escolher uma grandeza para que o valor medido possa estar na faixa de 0,1 a 1000. Assim, as sete unidades anteriormente mencionadas, alm dos casos especiais, so necessrias e suficiente para cobrir as faixas de presso utilizadas no campo da instrumentao industrial. Suas relaes podem ser encontradas na tabela de converso a seguir. TABELA 1 -Converso de Unidades de PressoKgf/cm Kgf/cm lbf/pol BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O Kpa 1 0,0703 1,0197 0,0345 0,002537 1,0332 0,00135 0,000099 0,010197 lbf/pol 14,233 1 14,504 0,4911 0,03609 14,696 0,019337 0,00142 0,14504 BAR 0,9807 0,0689 1 0,03386 0,00249 1,0133 0,00133 0,00098 0,01 Pol Hg 28,96 2,036 29,53 1 0,07348 29,921 0,03937 0,00289 0,29539 Pol H2O 393,83 27,689 401,6 13,599 1 406,933 0,5354 0,03937 4,0158 ATM 0,9678 0,068 0,98692 0,0334 0,002456 1 0,001316 0,00009 0,009869 mmHg 735,58 51,71 750,06 25,399 1,8665 760,05 1 0,07353 7,50062 mmH2O 10003 70329 10200 345,40 25,399 10335 13,598 1 101,998 kpa 98,0665 6,895 100 3,3863 0,24884 101,325 0,13332 0,0098 1

H2O 60F Hg 32F

16.5 - TCNICAS DE MEDIO DE PRESSO 16.5.1 - Introduo A medio de uma varivel de processo feita, sempre, baseada em princpios fsicos ou qumicos e nas modificaes que sofrem as matrias quando sujeitas s alteraes impostas por essa varivel. A medio da varivel presso pode ser realizada baseada em vrios princpios, cuja escolha est sempre associada s condies da aplicao. Nesse tpico sero abordadas as principais tcnicas e princpios de sua medio com objetivo de facilitar a anlise e escolha do tipo mais adequado para cada aplicao. 16.5.2 Composio dos Medidores de Presso

Os medidores de presso de um modo geral podem ser divididos em trs partes, sendo fabricado pela associao destas partes ou mesmo incorporado a conversores e ai recebendo o nome de transmissores de presso. As trs partes so:Elemento de recepo: Aquele que recebe a presso a ser medida e a transforma em deslocamento ou fora (ex: bourdon, fole, diafragma). Elemento de transferncia: Aquele que amplia o deslocamento ou a fora do elemento de recepo ou que transforma o mesmo em um sinal nico de transmisso do tipo eltrica ou pneumtica, que enviada ao elemento de indicao (ex: links mecnicos, rel piloto, amplificadores operacionais). Elemento de indicao: Aquele que recebe o sinal do elemento de transferncia e indica ou registra a presso medida (ex: ponteiros, displays) .


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16.5.3 - Principais Tipos de Medidores 16.5.3.1 - ManmetrosSo dispositivos utilizados para indicao local de presso e em geral divididos em duaspartes principais: o manmetro de lquidos, que utiliza um lquido como meio para se medir a presso, e o manmetro tipo elstico que utiliza a deformao de um elemento elsticocomo meio para se medir presso.A tabela 2 classifica os manmetros de acordo com os elementos de recepo.TIPOS DE MANMETRO MANMETROS DE LQUIDOS ELEMENTOS DE RECEPO TIPO TUBO EM U TIPO TUBO RETO TIPO TUBO INCLINADO MANMETRO ELSTICO TIPO TUBO DE BOURDON TIPO C TIPO ESPIRAL TIPO HELICOIDAL TIPO DIAFRAGMA TIPO FOLE TIPO CPSULA

16.5.3.1.1 - Manmetro de Lquido a) Princpio de funcionamento e construo: um instrumento de medio e indicao local de presso baseado na equao manomtrica. Sua construo simples e de baixo custo. Basicamente constitudo por tubo de vidro com rea seccional uniforme, uma escala graduada, um lquido de enchimento e suportados por uma estrutura de sustentao. O valor de presso medida obtida pela leitura da altura de coluna do lquido deslocado em funo da intensidade da referida presso aplicada. b) Lquidos de enchimento A princpio qualquer lquido com baixa viscosidade, e no voltil nas condies de medio,pode ser utilizado como lquido de enchimento. Entretanto, na prtica, a gua destilada e o mercrio so os lquidos mais utilizados nesses manmetros. c) Faixa de medio Em funo do peso especfico do lquido de enchimento e tambm da fragilidade do tubo de vidro que limita seu tamanho, esse instrumento utilizado somente para medio de baixas presses.Em termos prticos, a altura de coluna mxima disponvel no mercado de 2 metros e assim a presso mxima medida de 2 mH2O caso se utilize gua destilada, e 2 mHg com utilizao do mercrio. d) Condio de leitura (formao de menisco)O mercrio e a gua so os lquidos mais utilizados para os manmetros de lquidos e tem diferentes formas de menisco (Fig. 6). No caso do mercrio, a leitura feita na parte de cima do menisco, e para a gua na parte de baixo do menisco. A formao do menisco devido ao fenmeno de tubo capilar, que causado pela tenso superficial do lquido e pela relao entre a adeso lquido-slido e a coeso do lquido.Num lquido que molha o slido (gua) tem-se uma adeso maior que a coeso. A ao


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datenso superficial neste caso obriga o lquido a subir dentro de um pequeno tubo vertical.Para lquidos que no molham o slido (mercrio), a tenso superficial tende a rebaixar o menisco num pequeno tubo vertical. A tenso superficial dentro do tubo no tem relao com a presso, precisando assim de compensao.

Fig. 6 - Forma de menisco

O valor a ser compensado em relao ao dimetro interno do tubo d aproximadamente: Mercrio - somar 14 no valor da leitura d gua - somar 30 no valor da leitura d d amplamente utilizado na faixa de 6 ~ 10mm. Na faixa de 6mm, o valor muito grande ou seja, 2,3mm para mercrio e 5mm para gua.Assim, quando a presso de medio zero se pode confirmar a posio do menisco. Neste instante. Mede-se a altura em que a parte de cima ou a parte de baixo mudam pela presso. caso no preciso adicionar a compensao. Quanto ao limite mnimo que se pode ler em uma escala graduada a olho n, este de aproximadamente 0,5 mm. Assim, na prtica, o valor mais utilizado para diviso de uma escala de 1mm para manmetro de lquido de uso geral e de 0,1mm (com escala secundria) para manmetro padro. e) Influncia da temperatura na leitura Como a medio de presso utilizando manmetro de lquido depende do peso especfico do mesmo, a temperatura do ambiente onde o instrumento est instalado ir influenciar no resultado da leitura e portanto sua variao, caso ocorra, deve ser compensada. Isto necessrio, pois na construo da escala levado em considerao a massa especfica do lquido a uma temperatura de referncia. Se o lquido utilizado for o mercrio, normalmente considera-se como temperatura 3 de referncia 0C e assim sua massa especfica ser 13.595,1 kg/m . Se for gua destilada o lquido utilizado considera-se como temperatura de referncia 4C e assim sua massa especfica 3 ser 1.000,0 kg/cm . Na prtica, utiliza-se a temperatura de 20C como referncia e esta deve ser escrita na escala de presso. Outra influncia da temperatura na medio de presso por este instrumento no comprimento da escala que muda em funo de sua variao e em leituras precisas deve ser tambm compensada.

16.6 - TIPOS DE MANMETRO LQUIDO 16.6.1 -Manmetro tipo Coluna em U O tubo em U um dos medidores de presso mais simples entre os medidores para baixa presso. constitudo por um tubo de material transparente (geralmente vidro) recurvado em forma de U e fixado sobre uma escala graduada. A figura 7 mostra trs formas bsicas.


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Fig. 7 - Manmetro tipo coluna U

No tipo ( a ), o zero da escala est no mesmo plano horizontal que a superfcie do lquido quando as presses P1 e P2 so iguais. Neste caso, a superfcie do lquido desce no lado de alta presso e, consequentemente sobe no lado de baixa presso. A leitura se faz, somando a quantidade deslocada a partir do zero nos lados de alta e baixa presso. No tipo ( b ), o ajuste de zero feito em relao ao lado de alta presso. Neste tipo h necessidade de se ajustar a escala a cada mudana de presso. No tipo ( c ) a leitura feita a partir do ponto mnimo da superfcie do lquido no lado de alta presso, subtrada do ponto mximo do lado de baixa presso.A leitura pode ser feita simplesmente medindo o deslocamento do lado de baixa presso a partir do mesmo nvel do lado de alta presso, tomando como referncia o zero da escala. A faixa de medio de aproximadamente 0 ~ 2000 mmH2O/mmHg. 16.6.2 - Manmetro tipo Coluna Reta Vertical O emprego deste manmetro idntico ao do tubo em U. Nesse manmetro as reas dos ramos da coluna so diferentes, sendo a presso maior aplicada normalmente no lado da maior rea. Essa presso, aplicada no ramo de rea maior provoca um pequeno deslocamento do lquido na mesma, fazendo com que o deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume deslocado ser o mesmo e sua rea bem menor. Chamando as reas do ramo reto e do ramo de maior rea de a e A respectivamente e aplicando presses P1 e P2 em suas extremidades teremos pela equao manomtrica: P1 - P2 = (h2 + h1) Como o volume deslocado o mesmo, teremos: A . h1 = a . h2 h1 = a . h2 A Substituindo o valor de h1 na equao manomtrica, teremos: P1 - P2 = . h2 (1 + a ) A Como A muito maior que a, equao anterior pode ser simplificado e reescrita. Assim teremos a seguinte equao utilizada para clculo da presso. P1 - P2 = . h2


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Fig. 8 - Manmetro tipo coluna reta vertical

16.6.3 - Manmetro tipo Coluna Inclinada Este Manmetro utilizado para medir baixas presses na ordem de 50 mmH2O. Suaconstruo feita inclinando um tubo reto de pequeno dimetro, de modo a medir com boapreciso presses em funo do deslocamento do lquido dentro do tubo. A vantagemadicional a de expandir a escala de leitura o que muitas vezes conveniente paramedies de pequenas presses com boa preciso( 0,02 mmH2O). A figura 9 representa o croqui construtivo desse manmetro, onde o ngulo deinclinao e a e A so reas dos ramos. P1 e P2 so as presses aplicadas, sendo P1 > P2.Sendo a quantidade deslocada, em volume, a mesma e tendo os ramos reas diferentes,teremos: P1 - P2 = . l( a + sen ) pois h2 = l . sen A

Fig. 9 - Manmetro tipo tubo inclinado


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Consequentemente, a proporo da diferena entre as alturas das duas superfcies do lquido : 1=1=1 h h1 + h2 a + sen A O movimento da superfcie do lquido ampliado de 1 __ vezes para cada tipo de tubo reto. a sen A Quanto menores forem a/A e , maior ser a taxa de ampliao. Devido s influncias do fenmeno de tubo capilar, uniformidade do tubo, etc. recomendvel utilizar o grau de inclinao de aproximadamente 1/10. A leitura neste tipo de manmetro feita com o menisco na posio vertical em relao ao tubo reto. O dimetro interno do tubo reto de 2 ~ 3mm, a faixa de utilizao de aproximadamente 10 ~ 50mm H2O, e utilizado como padro nas medies de micro presso. 16.6.4 -APLICAO Os manmetros de lquido foram largamente utilizados na medio de presso, nvel e vazo nos primrdios da instrumentao. Hoje, com o advento de outras tecnologias que permitem leituras remotas, a aplicao destes instrumentos na rea industrial se limite a locais ou processos cujos valores medidos no so cruciais no resultado do processo ou a locais cuja distncia da sala de controle inviabiliza a instalao de outro tipo de instrumento. Porm, nos laboratrios de calibrao que ainda encontramos sua grande utilizao, pois podem ser tratados como padres. 16.7 - MANMETRO TIPO ELSTICO Este tipo de instrumento de medio de presso baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidade dos materiais. Em 1676, Robert Hook estabeleceu essa lei que relaciona a fora aplicada em um corpo e a deformao por ele sofrida. Em seu enunciado ele disse: o mdulo da fora aplicada em um corpo proporcional deformao provocada. Essa deformao pode ser dividida em elstica (determinada pelo limite de elasticidade), e plstica ou permanente. Os medidores de presso tipo elstico so submetidos a valores de presso sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim cessada a fora a ele submetida o medidor retorna a sua posio inicial sem perder suas caractersticas. Esses medidores podem ser classificados em dois tipos, quais sejam: 1) Conversor da deformao do elemento de recepo de presso em sinal eltrico ou pneumtico. 2) Indicador/amplificador da deformao do elemento de recepo atravs da converso de deslocamento linear em ngulos utilizando dispositivos mecnicos. a) Funcionamento do medidor tipo elstico O elemento de recepo de presso tipo elstico sofre deformao tanto maior quanto a presso aplicada. Esta deformao medida por dispositivos mecnicos, eltricos ou eletrnicos. O elemento de recepo de presso tipo elstico, comumente chamado de manmetro, aquele que mede a deformao elstica sofrida quando est submetido a uma fora resultante da presso aplicada sobre uma rea especfica. Essa deformao provoca um deslocamento linear que convertido de forma proporcional a um deslocamento angular atravs de mecanismo especfico. Ao deslocamento angular anexado um ponteiro que percorre uma escala linear e cuja faixa representa a faixa de medio do elemento de recepo. b) Principais tipos de elementos de recepo A tabela abaixo mostra os principais tipos de elementos de recepo utilizados na medio de presso baseada na deformao elstica, bem como sua aplicao e faixa recomendvel de trabalho.ELEMENTO RECEPO DEPRESSO Tubo de Bourdon APLICAO / RESTRIO No apropriado para micropresso FAIXA DE PRESSO (MX) ~ 1000 kgf/cm2


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Diafragma Fole Cpsula

Baixa presso Baixa e mdia presso Micropresso

~ 3 kgf/cm2 ~ 10 kgf/cm2 ~ 300 mmH2O

16.7.1 - Manmetro Tubo Bourdon a) Construo e caracterstica do tubo de Bourdon Tubo de Bourdon consiste em um tubo com seo oval, que poder estar disposto em forma de C, espiral ou helicoidal (Fig. 13), tem uma de sua extremidade fechada, estando a outra aberta presso a ser medida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento atravs de engrenagens transmitido a um ponteiro que ir indicar uma medida de presso em uma escala graduada. A construo bsica, o mecanismo interno e seo de tubo de Bourdo, so mostrados nas figuras 11, 12, 13 e 14.

b) Material de Bourdon De acordo com a faixa de presso a ser medida e a compatibilidade com o fluido que determinamos o tipo de material a ser utilizado na confeco de Bourdon. A tabela a seguir indica os materiais mais utilizados na confeco do tubo de Bourdon.


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MATERIAL Bronze Alumibras Ao Inox Bronze Fosforoso Cobre berlio Liga de Ao

COMPOSIO Cu 60 ~ 71 e Zn Cu 76, Zn 22, Al12 Ni 10 ~ 14, Cr 16 ~ 18 e Fe Cu 92, Sn 8, P 0.03 Be 1 ~ 2, Co 0,35 e Cu Cr 0.9 ~ 1.2, Mo 0.15 ~ 30 e Fe

COEFICIENTE DE ELASTICIDADE 1.1 x 108 kgf/cm2 1.1 x 104 1.8 x 104 1.4 x 104 1.3 x 104 2.1 x 104

FAIXA DE UTILIZAO ~ 50 kgf/cm2 ~ 50 ~ 700 ~ 50 ~ 700 700 ~

c - Classificao dos manmetros tipo Bourdon Os manmetros tipo Bourdon podem ser classificados quanto ao tipo de presso medida e quanto a classe de preciso. Quanto a presso medida ele pode ser manomtrico para presso efetiva, vcuo, composto ou presso diferencial. Quanto a classe de preciso, essa classificao pode ser obtida atravs das tabelas de Manmetro / vacumetro e Manmetro composto, a seguir. Manmetro e VacumetroERRO TOLERVEL Classe Acima de 1/10 e abaixo de 9/10 da escala 0.5% 1.0% 1.5% 3.0% Outra faixa da escala 0.5% 1.5% 2.0% 4.0%

0.5 1.0 1.5 3.0

Manmetro compostoClasse ERRO TOLERVEL Para presso acima da atmosfera, acima de 1/10 e abaixo de 9/10 da escala. E parte de vcuo acima de 1.10 e abaixo de 9.10 da escala 1.5 3.0 1.5% 3.0%

Outra faixa da escala

2.0% 4.0%

d) Faixa de operao recomendvel Com exceo dos manmetros utilizados como padro, a presso normal medida deve estar prxima a 75% da escala mxima quando essa varivel for esttica e prxima a 60% da escala mxima para o caso de medio de presso varivel. e) Tipos construtivos de manmetros Bourdon e.1) Manmetro Fechado Esse tipo tem duas aplicaes tpicas. Uma para locais exposto ao tempo e outra em locais sujeitos a presso pulsantes. No primeiro caso, a caixa constituda com um grau de proteo, definida por norma, que garante a condio de hermeticamente fechada. Podendo, portanto esse manmetro estar sujeito a atmosfera contendo p em suspenso e/ou jateamento de gua. No segundo caso, a caixa preenchida em 2/3 com leo ou glicerina para proteger o Bourdon e o mecanismo interno


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do manmetro contra presses pulsantes ou vibraes mecnicas. Esse enchimento aumenta a vida til do manmetro. A figura 15 mostra na vista explodida desse manmetro.

A figura 16 mostra um grfico comparativo tpico da relao entre a vida til de um manmetro convencional e um preenchido com fluido de proteo.

2) Manmetro de presso diferencial Este tipo construtivo, adequado para medir a diferena de presso entre dois pontosquaisquer do processo. composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposio e interligados por articulaes mecnicas. A presso indicada resultante da diferena de presso aplicada em cada Bourdon.Por utilizar 2 tubo de Bourdon, sua faixa de utilizao de aproximadamente 2 kgf/cm a 150 2 kgf/cm . Sua aplicao se d geralmente em medio de nvel, vazo e perda de carga emfiltros.


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.3) Manmetro duplo So manmetros com dois Bourdons e mecanismos independentes e utilizados para medir duas presses distintas, porm com mesma faixa de trabalho. A vantagem deste tipo est no fato de se utilizar uma nica caixa e um nico mostrador.

.4) Manmetro com selagem lquida Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, txicos, sujeitos alta temperatura e/ou radioativos, a medio de presso com manmetro tipo elstico se torna impraticvel pois o Bourdon no adequado para essa aplicao, seja em funo dos efeitos da deformao proveniente da temperatura, seja pela dificuldade de escoamento de fluidos viscosos ou seja pelo ataque qumico de fluidos corrosivos. Nesse caso, a soluo recorrer a utilizao de algum tipo de isolao para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon. Existem basicamente dois tipos de isolao, (que tecnicamente chamado de selagem), utilizada. Um com selagem lquida, utilizando um fluido lquido inerte em contato com o Bourdon e que no se mistura com o fluido do processo. Nesse caso usado um pote de selagem conforme figura 19. Outro, tambm com selagem lquida porm utilizando um diafragma como selo. O fluido de selagem mais utilizado nesse caso a glicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos. Este mtodo o mais utilizado e j fornecido pelos fabricantes quando solicitados, um exemplo desse tipo mostrado na figura 20.


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Acessrios para manmetro tipo Bourdon f.1) Amortecedores de pulsao Os amortecedores de pulsao tem por finalidade restringir a passagem do fluido do processo at um ponto ideal em que a freqncia de pulsao se torne nula ou quase nula. Esse acessrio instalado em conjunto com o manmetro com objetivo de estabilizar ou diminuir as oscilaes do ponteiro em funo do sinal pulsante. Esta estabilizao do ponteiro possibilita a leitura da presso e tambm aumenta a vida til do instrumento. Os amortecedores de pulsao podem ser adquiridos com restrio fixa ou ajustveis. A figura 21 mostra alguns tipos de amortecedores de pulsao encontrados no mercado.


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A B C D Fig. 21 - Amortecedores de pulsao

A - amortecedor de pulsao ajustvel, dotado de disco interno com perfurao de dimetro varivel. Atravs da seleo dos orifcios do disco interno, escolhe-se o que apresenta melhor desempenho.B - Amortecedor de pulsao no ajustvel, dotado de capilar interno de inox.C Amortecedor de golpes de arete, com corpo de lato e esfera bloqueadora de ao.D - Vlvula de agulha, supressora de pulsao com regulagem externa. Para encontra o ponto de melhor desempenho, abre-se a vlvula quase totalmente, em seguida vai-se fechando gradativamente, at que o ponteiro do instrumento estabilize. f.2) Sifes Os sifes so utilizados, alm de selo, para isolar o calor das linhas de vapor dgua ou lquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento depresso. O lquido que fica retido na curva do tubo-sifo esfria e essa poro de lquido que ir ter contato com o sensor elstico do instrumento, no permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo.

A - Cachimbo B - Rabo de Porco C - Bobina D - Alta Presso Fig. 22 - Tipos de Sifo

f.3) Supressor de presso Esse acessrio tem por finalidade proteger os manmetros de presses que ultrapassem ocasionalmente, as condies normais de operao. Ele recomendvel nesses casos para evitar ruptura do elemento de presso. Seu bloqueio est relacionado com a velocidade do incremento de presso. Seu ponto de ajuste deve ser atingido de modo que com incremento lento de presso seu bloqueio se d entre 80 a 120% do valor da escala. Nesta condio, o bloqueio se dar em qualquer valor inferior a 80% no caso de incrementos rpidos de 2 presso. Para manmetros com escala inferior a 3 kgf/cm seu bloqueio poder situar-se em at 130% do valor da escala.


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f) Manmetro tipo Diafragma Este tipo de medidor, utiliza o diafragma para medir determinada presso, bem como, para separar o fluido medido do mecanismo interno. Antes foi mostrado o manmetro tipo de Bourdon que utiliza selagem lquida. Aqui, explica-se o medidor que utiliza um diafragma elstico. A figura 23 mostra este tipo de medidor. A rea efetiva de recepo de presso do diafragma, muda de acordo com a quantidade de deslocamento. Para se obter linearidade em funo de grande deslocamento, deve-se fazer o dimetro com dimenses maiores. A rea efetiva do diafragma calculada pela seguinte equao. 2 2 2 Ae = (a + b ) (cm )8

Onde: a = dimetro livre do diafragma b = dimetro de chapa reforada E ainda, a quantidade de deslocamento calculada pela seguinte equao.

S = Ae. P . CdOnde: S = deslocamento (mm) P = presso do diafragma (kgf/cm2)

Cd = rigidez do diafragma (mm/kgf) h - Manmetro tipo Fole Fole um dispositivo que possui ruga no crculo exterior de acordo com a figura 25 que tem a possibilidade de expandir-se e contrair-se em funo de presses aplicadas no sentido do eixo. Como a resistncia presso limitada, usada para baixa presso. A rea efetiva do elemento receptor de presso do fole mais ou menos definida pela equao: Ae = 1 (OD + ID) 422

Onde: Ae = rea efetiva do receptor de presso OD = dimetro externo (mm) ID = dimetro interno (mm) E ainda, a quantidade de deslocamento do fole representada pela seguinte equao: S = Ae. P . Cb 2 Onde: S = deslocamento (mm) P = presso diferencial do dimetro do fole (kgf/cm ) Cb = rigidez do fole


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A vida til do fole, em funo da repetibilidade presso constante, quantidade de expanso e construo representada pelo nmero de vezes at a quebra.

A figura 26 mostra um exemplo de construo do manmetro tipo fole. Sendo adicionado uma presso na parte interna do fole, a extremidade livre desloca-se. Este deslocamento transferido ao LINK e setor, atravs da alavanca fazendo com que o ponteiro se desloque. Com a introduo de presso na unidade de recepo, a cpsula de diafragma desloca-se e empurra o LINK (figura 28). O deslocamento transmitido ao pinho e ponteiro atravs do setor. Pelo lado S da caixa, se tiver presso atmosfrica, pode-se medir a presso efetiva, se tiver vcuo, pode-se medir a presso absoluta, se tiver presso absoluta pode-se medir a presso diferencial. Estes manmetros so apropriados para medio de gases e vapores no corrosivos e so utilizados para medir baixa e micropresso. O material utilizado para a confeco da cpsula bronze fosforoso, cobre-berlio, ao inoxidvel ou monel.

j) Manmetro tipo Diafragma Diafragma um disco circular utilizado para medir presses geralmente de pequenasamplitudes. uma membrana fina de material elstico, metlico ou no. No manmetro tipo diafragma esta membrana fica sempre oposta a uma mola. Ao aplicar-se uma presso no diafragma haver um deslocamento do mesmo at um ponto onde a fora da mola se equilibrar com a fora elstica do diafragma. Este deslocamento resultante transmitido a um sistema com indicao (ponteiro) que mostra a medio efetuada. Sua construo mostrada na figura 29. Em geral os materiais utilizados na confeco de diafragma so ao inoxidvel com resistncia corroso, tntalo, lato, bronze fosforoso, monel, neoprene, teflon, etc.


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16.8 - MANMETRO PADRO Os manmetros utilizados como padro devem ter preciso superior em relao aosmanmetros que sero calibrados.De acordo com as normas de medio, obriga-se a utilizar instrumentos padres que foramaprovados em inspeo.Dois tipos de manmetros foram aprovados como padro: manmetro tipo coluna, emanmetro tipo peso morto (peso esttico). 16.8.1 - Manmetro tipo coluna lquida Funcionamento e princpio de medio j foram mencionados anteriormente. A capacidade 2 mxima de presso que se pode medir com este tipo de manmetro 2,2 kgf/cm e sua tolerncia de 1/400 do valor da presso mxima. 16.8.2 -Manmetro tipo peso morto O manmetro tipo peso morto, tambm denominado de manmetro de peso esttico, utilizado para calibrar medidores de presso tipo elstico, tais como tubo de bourdon, etc., e como manmetro padro de altas presses. Na figura 29 com a vlvula agulha do reservatrio de leo aberta, o leo contido no reservatrio sugado por meio do volante fixado no pisto roscado. Em seguida fecha-se a vlvula do reservatrio e comprime o leo existente dentro do cilindro girando o volante da bomba de pressurizao. A presso aplicada faz com que o leo suba no lado onde se est aplicando o peso e no lado onde se localiza o manmetro a ser ajustado. Quando o peso se equilibra com a presso aplicada ajusta-se o manmetro. A presso do leo P indicada na equao abaixo.2 P = W/A (kgf/cm ) Onde: W = peso (kgf) do mbolo e peso aplicado A = rea efetiva de recepo da presso de mbolo P = presso

Por isso, medindo-se antecipadamente a rea efetiva de recepo de presso A, podese obter a presso equivalente ao peso. Se no manmetro tipo peso morto escolher a rea efetiva de recepo de presso A, pode-se aumentar a faixa de medio e obter-se a presso com alta preciso e de faixa ampla de 3000 kgf/cm (aproximadamente 294 MPa) at 0,005 kgf/cm (aproximadamente 490 Pa).2 2


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A definio de rea efetiva conforme a norma de medio e a frmula de clculo a seguinte: A=d 42

Onde: d = dimetro do mbolo A tabela abaixo indica os tipos de lquidos utilizados no manmetro tipo peso morto.Presso Mxima (kgf/cm2 ) < 20 > 20 < 50 > 50 < 600 > 600 < 2000 > 2000 < 4000 > 4000 Lquido Utilizado leo de Spindle leo Spindle 7 + leo para mquina 3 leo para mquina leo de turbina leo de mamona leo de alta presso especial

Velocidade de descida do mbolo estabelecido o seguinte: Presso mxima 35 kgf/cm - mx. 21 2 mm/min Presso mxima 1000 kgf/cm - mx. 2 mm/min Presso mxima acima de 1000 kgf/cm 3 mm/min

2

Para diminuir a resistncia entre o embolo e o cilindro gira-se devagar o peso com a fora de 1/3 da presso mxima, mantendo a rotao constante por 20 segundos. Caso se teste manmetros que no permitam a utilizao de leo, deve-se utilizar um sistema que isole o leo do elemento sensor.16.9. INSTRUMENTO DE TRANSMISSO DE SINAL Os instrumentos de transmisso de sinal de presso tem a funo de enviar informaes distncia das condies atuais de processo dessa varivel. Essas informaes so enviadas , de forma padronizada, atravs de diversos tipos de sinais e utilizando sempre um dos elementos sensores j estudado anteriormente (fole, diafragma, capsula, etc...) associados a conversores cuja finalidade principal transformar as variaes de presso detectadas pelos elementos sensores em sinais padres de transmisso. 16.9.1 - Tipos de transmissores de presso 16.9.1.1 -Transmissores pneumticos Esses transmissores, pioneiros na instrumentao, possui um elemento de transferencia que converte o sinal detectado pelo elemento receptor de presso em um sinal de transmisso pneumtico. A faixa padro de transmisso (pelo sistema internacional) de 20 a 100 kPa, porm na prtica so usados outros padres equivalentes de 2 transmisso tais como 3 ~ 15 psi, 0,2 a 1,0 kgf/cm e 0,2 a1,0 bar. 2 A alimentao do instrumento denominada de suprimento de ar, normalmente de 1,4kgf/cm . Em instrumentos industriais o ar de suprimento vindo da fonte (compressor) deveser limpo e constante, contribuindo com isto para aumentar a vida do instrumento bem comoproporcionar o seu bom funcionamento. Por isso, se faz necessrio controlar o ambiente aoredor do compressor para obter satisfatoriamente o ar de suprimento.Os transmissores pneumticos so fabricados a partir de dois mtodos de converso desinal. So eles:a) Mtodo de equilbrio de fora (fig. 30) b) Mtodo de equilbrio de movimento (fig. 31) Em ambos os casos, um mecanismo constitudos por uma lmina metlica denominada de palheta e por um orifcio especfico de exausto de ar denominado de bico, doravante chamado sistema bico-palheta, utilizado como elemento de converso e um dispositivo amplificador de sinais pneumticos, denominado rel piloto utilizado para prover a sada de um sinal linear


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varivel de 0,2 a 1,0 kgf/cm . Completa esse instrumento um fole de realimentao cuja funo garantir as condies de equilbrio do instrumento. A diferena bsica entre esses dois mtodos est somente na forma com que o sinal detectado convertido. No mtodo de equilbrio de fora o bico se mantm fixo e somente a palheta se afasta ou se aproxima do mesmo para ganhar uma contrapresso proporcional detectada, contrapresso essa que ser amplificada pelo rel piloto. No mtodo de equilbrio de movimento tanto o bico quanto a palheta se movimentam para obter a contrapresso correspondente presso detectada.

16.9.1.2 -Transmissores eletrnicos analgicos Esses transmissores, sucessores dos pneumticos, possui elementos de deteco similares ao pneumtico porm utiliza elementos de transferencia que convertem o sinal de presso detectado em sinal eltrico padronizado de 4 a 20 mAdc. Existem vrios princpios fsicos relacionados com a variaes de presso que podem ser utilizados como elemento de transferncia. Os mais utilizados nos transmissores mais recentes so: a) Fita Extensiomtrica (Strain Gauge) um dispositivo que mede a deformao elstica sofrida pelos slidos quando estes so submetidos ao esforo de trao ou compresso. So na realidade fitas metlicas fixadas adequadamente nas faces de um corpo a ser submetido ao esforo de trao ou compresso e que tem sua seo transversal e seu comprimento alterado devido a esse esforo imposto ao corpo. Essas fitas so interligadas em um circuito tipo ponte de WHEATSTONE ajustada e balanceada para condio inicial e que ao ter os valores de resistncia da fita mudada com a presso, sofre desbalanceamento proporcional variao desta presso. So utilizadas na confeco destas fitas extensiomtricas, metais que possuem baixo coeficiente de temperatura para que exista uma relao linear entre resistncia e tenso numa faixa mais ampla. Vrios so os metais utilizados na confeco da fita extensiomtrica. Como referncia, a tabela abaixo mostra alguns destes metais.DENOMINAO Constantan Karma 479 Pt Nichrome V CONSTITUIO (LIGA) Cobre - Nquel Cobre - Nquel Aditivado Platina - Tungstnio Nquel - Cromo FAIXA DE TEMPERATURA + 10 ~ 204 C At 427C At 649C At 649C

Tabela - Material para fabricao de Strain-gange


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O elemento de resistncia que mede presso utilizado como um lado de uma ponte como mostra a figura 32 para indicar a variao de resistncia. Este tipo utilizado como padro para 2 presso maior que 3000 kgf/cm . Por ter pouca histerese e no possuir atraso de indicao apropriado para medies de presso varivel.

b) Sensor Piezoeltrico A medio de presso utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristais assimtricos ao sofrerem uma deformao elstica ao longo do seu eixo axial, produzirem internamente um potencial eltrico causando um fluxo de carga eltrica em um circuito externo. A quantidade eltrica produzida proporcional a presso aplicada, sendo ento essa relao linear o que facilita sua utilizao. Outro fator importante para sua utilizao est no fato de se utilizar o efeito piezoeltrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de preciso. Cristais de turmalina, cermica Policristalina Sinttica, quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizado na sua fabricao, porm o quartzo cultivado o mais empregado por apresentar caractersticas ideais de elasticidade e linearidade.


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A figura 34, a seguir, mostra o diagrama simplificado da construo do sensor piezoeltrico. c) Sensor Capacitivo (Clula Capacitiva) o sensor mais utilizado em transmissores de presso. Nele um diafragma de medio se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o mvel, existe um lquido de enchimento que funciona como um dieltrico. Como um capacitor de placas paralelas constitudos por duas placas paralelas separadas por um meio dieltrico, ao sofrer o esforo de presso, o diafragma mvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) tem sua distncia em relao ao diafragma modificada. Isso provoca modificao na capacitncia de um circuito de medio, e ento tem-se a medio de presso. Para que ocorra a medio, o circuito eletrnico alimentado por um sinal AC atravs de um oscilador e ento modula-se a freqncia ou a amplitude do sinal em funo da variao de presso para se ter a sada em corrente ou digital. Como lquido de enchimento utiliza-se normalmente glicerina, ou fluor-oil.

16.10 - Escolha do Tipo de Medidor Quando se escolher os tipos de medidores de presso, deve-se observar a faixa de presso a ser medida, a caracterstica qumica do fluido e o local de instalao do instrumento. Devido a baixa preciso de medio, perto do ponto zero e proteo contra sobre presso apropriado escolher um medidor de presso que trabalhe numa faixa de 25 a 70% da presso mxima desejada. Outros pontos que se devem observar so os seguintes: a) Na medio de leo e lquidos inflamveis, apropriado utilizar solda na tubulao de ligao ao instrumento. b) O vapor com alta temperatura corroe o bronze fosforoso e o ao, por isso deve-se utilizar o medidor com selo dgua. c) O cloro reage com gua e corroe ao e bronze, por isso usa-se um selo de diafragma para projetar o elemento de recepo de presso. d) A amnia corroe o bronze e o bronze fosforoso, por isso utiliza-se o ao doce. e) No caso de outros lquidos corrosivos, usar medidor


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tipo diafragma. f) Se em medidor de oxignio utilizar leo, pode ocorrer problema de exploso. g) Se colocar em contato cobre ou combinado de cobre ao medidor de acetileno, acontecer reao do cobre com acetileno com possibilidade de exploso. 16.11 - Recomendaes para uso a) Quando escolher o local de instalao conveniente determinar um lugar com pouca variao de temperatura, perto da origem de medio de presso e de pouca pulsao e vibrao. b) Construir a tubulao mais curta possvel evitando locais onde existe umidade e gases corrosivos. Deve-se escolher materiais no corrosivos e no oxidantes e deve-se considerar a durabilidade da tubulao. c) Deve-se colocar vlvulas de bloqueio na tomada de impulso de presso para se fazer com facilidade a manuteno. d) Na medio de gases que condensam com facilidade tais como vapor e gs mido preciso tomar cuidado na colocao de pote de condensao com dreno para evitar acmulo de gua na parte molhada de medidor.

17.MEDIO DE NVEL17.1 - INTRODUO A medio de nvel, embora tenha conceituao simples, requer por vezes artifcios e tcnicas apuradas. O nvel uma varivel importante na indstria no somente para a operao do prprio processo, mas tambm para fins de clculo de custo e de inventrio. Os sistemas de medio de nvel variam em complexidade desde simples visores para leituras locais at indicao remota, registro ou controle automtico. Na indstria se requer medies tanto de nvel de lquidos como de slidos. Para facilitar a compreenso costuma-se definir nvel, como sendo a altura do contedo de um reservatrio, que poder ser um lquido ou um slido. 1

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