instrumentao e controles industriais - parte 3

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  • 1Instrumentao e Controles Instrumentao e Controles IndustriaisIndustriais

    Parte IIIParte III

    Transdutores IndustriaisTransdutores Industriais

    PressPressoo, , FluxoFluxo, , VazVazoo e Nvele Nvel

    SENSORES DE PRESSOSENSORES DE PRESSO

  • 23

    Sensores de presso Sensores de presso

    A medio e o controle da presso de fluidos (liquido A medio e o controle da presso de fluidos (liquido e gs) uma das mais comuns de todos os e gs) uma das mais comuns de todos os processos industriais.processos industriais.

    Funo da grande variedade de condies, faixas e Funo da grande variedade de condies, faixas e materiais para as quais a presso deve ser medida, materiais para as quais a presso deve ser medida, existem diferentes tipos de desenhos de sensor de existem diferentes tipos de desenhos de sensor de presso.presso.

    A medio da presso acompanhada por A medio da presso acompanhada por converses da informao da presso a formas converses da informao da presso a formas intermedirias, tais como deslocamentos, estes so intermedirias, tais como deslocamentos, estes so medidos ento por um sensor para determinar a medidos ento por um sensor para determinar a presso. presso.

    4

    Princpios da presso Princpios da presso

    Presso Presso a fora por unidade de rea que um fluido a fora por unidade de rea que um fluido exerce sobre seu entornoexerce sobre seu entorno..

    Num gs , a presso do gs a Num gs , a presso do gs a fora por unidade de fora por unidade de rearea que o gs exerce sobre as paredes do vasilhame que o gs exerce sobre as paredes do vasilhame que ocupa.que ocupa.

    A presso do gs A presso do gs uniformeuniforme sobre todas as paredes sobre todas as paredes onde o gs contido.onde o gs contido.

    Num lquido, a presso a fora por unidade de rea Num lquido, a presso a fora por unidade de rea que o liquido exerce sobre o vasilhame que o contm.que o liquido exerce sobre o vasilhame que o contm.

    No lquido a presso varia, sendo maior no fundo do No lquido a presso varia, sendo maior no fundo do tubo e zero na superfcie, que no precisa estar tubo e zero na superfcie, que no precisa estar fechada. fechada.

  • 35

    Princpios da pressoPrincpios da presso

    Presso estticaPresso esttica A presso neste caso onde no h movimento referida

    como presso esttica.

    Presso dinmicaPresso dinmica Se o fluido est em movimento, a presso que exerce sobre

    seu entorno depende do movimento.9 Se medida a presso da gua na mangueira com a vlvula

    fechada, se tem uma presso de 40 lb. por polegada

    9 Se a vlvula est aberta, a presso na mangueira cairia num valor diferente, 30 lb. por polegada quadradas.

    Deve assim ser feita uma descrio completa das circunstancias sob as quais a presso foi medida.

    A presso pode depender do fluido, compressibilidade do fluido, foras externas, e outros numerosos fatores

    6

    Princpios da pressoPrincpios da presso

    UnidadesUnidadesA pressA presso o forfora por unidade de a por unidade de rearea, , no sistema SI de unidades Newtons por metro

    quadrado Pascal (Pa), ento: 1 Pa = 1 N/m2. utilizada com prefixos standards do SI, como

    kPa ou MPa.

    No sistema InglNo sistema Inglss libras por polegadas libras por polegadas quadradasquadradas,, lblb./pol./pol22, , psipsi..Converter 1 psi para kPa : 1 psi = 6.895 kPa.

    Outra unidade Outra unidade a a atmosfera (atm.),atmosfera (atm.), 101.325101.325kPakPa..

  • 47

    Princpios da pressoPrincpios da presso

    Presso relativaPresso relativaEm vrios casos a presso absoluta no a mais

    importante na descrio da presso.A atmosfera de gs que se encontra ao redor da

    Terra exerce uma presso, devido ao seu peso, na superfcie da terra de aproximadamente 14.7 psi ou 1 atmosfera;Se um tubo fechado na superfcie da terra contm

    um gs na presso absoluta de 1 atm, ento no ser exercida uma presso efetiva sobre as paredes do vasilhame devido ao que o gs atmosfrico exerce a mesma presso desde do lado fora.

    8

    Princpios da pressoPrincpios da presso

    Presso relativaPresso relativaEm casos como este, mais apropriado descrever

    a presso num sentido relativo, que , comparando com a presso atmosfrica.

    chamada presso relativa que dada por: Pa = Pabs - Pat Eq.1.19onde

    Pa = Presso relativa

    Pabs = Presso absoluta

    Pat = Presso atmosfrica

  • 59

    Princpios da pressoPrincpios da presso

    Presso de topo Presso de topo Para lquidos a presso de topo usada para

    descrever a presso no tanque ou conduto.

    a presso esttica produzida pelo peso do lquido no ponto onde a presso est sendo descrita.

    Esta presso depende somente do peso do lquido naquele ponto e da densidade do lquido (massa por unidade de volume).

    10

    Princpios da pressoPrincpios da presso

    Presso de topo Presso de topo Em termos de uma equao, se um lquido

    contido num tanque, ento a presso no fundo do tanque dada por:

    p = gh Eq.1.29onde

    p = presso em Pa

    = densidade em Kg/m3 g = acelerao da gravidade

    h = profundidade do lquido em metros

  • 611

    Princpios da pressoPrincpios da presso Exemplo 1.1:Exemplo 1.1: Um tanque de gua tem uma profundidade de 7.0 ps. Qual

    ser a presso no fundo do tanque em psi e Pa? (densidade = 103 kg/m3)

    SoluSoluo:o: Para achar a presso em Pa convertemos 7.0 ps em metros

    mediante a expresso, (7.0 ps)(0.3048 m/ps) = 2.1 m.

    Logo levando para a frmula p = gh9 p = (103 kg/m3)x(9.8 m/s2)x(2.1m) = 21 kPa.

    Agora para achar a presso em psi, podemos converter a presso de Pa em psi ou podemos usar a equao p = whw= (103 kg/m3)x(9.8 m/s2) = 9.8x103 N/m3ou

    w = (9.8x103 N/m3)x(0.3048 m/p3)(0.2248 lb/N) = 62.4 lb/p3 A presso

    p = (62.4 lb/p3)x(7.0 ps) = 3 psi.

    12

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera) ( p > uma atmosfera)

    Em geral, os desenhos de sensores de Em geral, os desenhos de sensores de presso empregados para a medio da presso empregados para a medio da presso maiores que 1 atmosfera diferem dos presso maiores que 1 atmosfera diferem dos empregados para medir presses menores empregados para medir presses menores que 1 atmosfera. que 1 atmosfera. Muitos sensores de presso utilizados no Muitos sensores de presso utilizados no

    controle de processos requerem a traduo controle de processos requerem a traduo da informao da presso em deslocamentos da informao da presso em deslocamentos fsicos.fsicos.Medies de presso requerem tcnicas de Medies de presso requerem tcnicas de

    produo de deslocamento e meios para a produo de deslocamento e meios para a traduo destes em sinais eltricos. traduo destes em sinais eltricos.

  • 713

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera)

    DiafragmaUm elemento muito comum utilizado para a

    converter presso em deslocamento fsico

    O diafragma utilizado em muitos sistemas de medio de presso. O deslocamento proporcional a diferena de

    presso.

    14

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera)

    Diafragma Se a presso p1 existe num lado de diafragma e p2 no outro

    lado, ento uma fora diferencial exercida

    F = [ p2 - p1 ] A Eq.1.3 onde 9A = rea do diafragma em metros quadrados9 p1, p2 = presso em N/m2

  • 815

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera) Diafragma

    Um diafragma como uma mola que estende-se ou contrada atque atue a fora da lei de Hook e que balana a fora da diferena de presso.

    Um BELLOWS outro sistema parecido ao do diafragma que converte a diferena de presso em deslocamento, exceto que aqui o deslocamento uma expanso muito mais linear

    O BELLOWS transforma diferena de presso em deslocamento. Neste exemplo, o deslocamento medido por um LVDT.

    16

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera)

    Tubo deTubo de BourdonBourdon Um mUm mtodo muito especial e comum para a converstodo muito especial e comum para a converso de o de

    presspresso em deslocamento o em deslocamento acompanhado por um tubo acompanhado por um tubo especialmente construespecialmente construdodo

    O tubo deO tubo de BourdonBourdon o mo mtodo mais comum na converstodo mais comum na converso da o da presspresso em deslocamento.o em deslocamento.

    Se uma seSe uma seo do tubo o do tubo parcialmente aplanada e arrolhada parcialmente aplanada e arrolhada como como mostrado, entmostrado, ento a aplicao a aplicao de presso de presso dentro do tubo o dentro do tubo farfar com que o tubo se desenrole.com que o tubo se desenrole.

    Isto entIsto ento proporciona um deslocamento que o proporciona um deslocamento que proporcional a proporcional a presspressoo

  • 917

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera)

    Converso eletrnicaConverso eletrnicaA tcnica mais simples usar ligamentos

    mecnicos conectados a um potencimetro.

    A presso relacionada a uma variao de resistncia.

    Outro mtodo de converso emprega strain gagesdiretamente sobre o diafragma.

    LVDTs e outros dispositivos indutivos so usados para converter BELLOWS ou movimentos no tubo de Bourbon em sinais eletrnicos proporcionais.

    18

    Sensores de pressoSensores de presso( p > uma atmosfera)( p > uma atmosfera)

    Sensores de presso em estado slidoSensores de presso em estado slidoCircuitos integrados manufaturados so

    dispositivos que utilizam comumente um diafragma semicondutor sobre o qual um semicondutor strain gage e um compensador de temperatura foram montados.Condicionamento