instrumentos de pressão [modo de compatibilidade]

INSTRUMENTOS DE PRESSÃO

Professor Marcelo Magalhaes Barbosa

22/10/2013 10:38 Instrumetos de Pressão 2

Pressão

� É a relação entre uma força e a área plana sobre a qual essa força é uniformemente distribuída, sendo o plano da área perpendicular à direção da força.


Unidades de medida de pressão mais utilizadas

� Sistema Métrico: � kgf/cm²;

� Sistema Inglês: � PSI (Libra por Polegada Quadrada);

� Sistema Internacional: � N/m².


Pressão Atmosférica


Evangelista TorricelliFaenza, 15 de Outubro de 1608 — Florença, 1647

Físico e matemático italianoTubo de Torricelli - 1643


Pressão Relativa

� É a pressão medida em relação à pressão atmosférica existente no local, podendo ser positiva ou negativa. A pressão relativa recebe ainda os nomes de pressão efetiva e pressão manométrica.


Pressão Absoluta

� É a pressão positiva, a partir do vácuo perfeito, ou seja é a soma da pressão atmosférica do local e da pressão relativa.


Pressão Relativa X Pressão Absoluta


Pressão hidrostática (Pressão dos líquidos)

� Sabemos que existe uma pressão exercida pelo peso do líquido no fundo do vaso e esta pressão está relacionada com altura do líquido e a sua densidade ou peso específico,

P= h x d� Logo não importa o formato do vaso que contém o líquido, a

pressão será sempre a mesma, desde que tenha o mesmo nível e o mesmo líquido.


Resumo de conceitos� Pressão é a força que atua numa superfície de área igual a 1.� A pressão atmosférica que se exerce sobre todos os corpos na

superfície da terra resulta do peso da camada atmosférica e para fins habituais pode ser considerada igual a: 1 atm = 760 mmHg = 10,33 mH2O = 1,033 Kg/cm² = 14,7 psi = 1,013 bar = 101302 N/m²

� Pressão absoluta = pressão relativa + pressão atmosférica.� Normalmente medimos a pressão relativa.� Para pressões absolutas menores que a pressão atmosférica

medimos o vácuo.� Vácuo = pressão atmosférica - pressão absoluta.� Num sistema de vasos comunicantes o líquido contido no sistema se

mantém no mesmo nível em todos os recipientes quaisquer que sejam os formatos desses recipientes.

� A pressão no interior de um líquido resulta do peso do líquido por uma unidade de área no ponto considerado, sendo função apenas da profundidade do ponto e não da quantidade de líquido no sistema.


CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS INSTRUMENTOS DE PRESSÃO

� Instrumentos que medem a pressão equilibrando-a com outra pressão ou força conhecida;Exemplo: colunas e campânulas;

� Instrumentos que medem por deformação elástica;Exemplo: Bourdon, espiral, hélice diafragma e fole;

� Instrumentos que medem através de alteração de propriedades físicas;Exemplo: cristal piezo-elétrico e dissipador de calor.


Colunas medidoras de pressão

� Para medir a pressão, uma das práticas mais comuns é a de equilibrar a pressão a ser medida com a pressão exercida por uma coluna líquida.

� Existem três tipos de colunas:� Coluna em “U”;� Coluna Reta Vertical;� Coluna Reta Inclinada.


Coluna em “U”

� É constituída por um tubo de material transparente, recurvado em forma de “U” e fixado sobre uma escala graduada.

� Pode ser utilizada como manômetro, vacuômetro ou como medidor de pressão diferencial. É a mais utilizada como instrumento padrão para baixas pressões.

� O tubo é cheio até seu ponto médio, de um líquido com densidade relativa conhecida (água, álcool, Hg, etc.)


Coluna Reta Vertical

� A pressão sendo aplicada no ramo de maior área provoca um pequeno deslocamento vertical nesse ramo, enquanto na de menor diâmetro teremos um grande deslocamento vertical do fluído.

� Somente é feita a leitura no ramo de menor diâmetro. A leitura pode ser feita em mm CA, mmHg, psi, etc.


Coluna Reta Inclinada

� O tubo de pequeno diâmetro é inclinado de acordo com um certo ângulo, de maneira a obter um grande deslocamento do líquido no tubo, para pressão muito pequena.


Campânula

� Consiste num recipiente emborcado em um líquido de selagem, criando-se dessa forma uma câmara.

� A pressão age nessa câmara, forçando a campânula contra uma mola, que a retém na posição de repouso.

� Esse movimento é aproveitado para acionar um dispositivo de indicação.


Eugène Bourdon (França – Paris 8/4/1808-29/9/1884 França – Paris)

Relojoeiro e EngenheiroFundou em 1832 a Bourdon Sedeme Company

Patente – 1849 – FrançaPatente – 1852 - USA


Manômetro de tubo Bourdon

� Este tipo de sensor é um dos mais utilizados atualmente na indústria, tendo uma faixa de trabalho de 0,5 a 2500 Kg/cm².

� É constituído de um tubo em forma de “C” que terá o seu deslocamento proporcional à pressão aplicada.


Bourdon em Espiral e Hélice � São tubos Bourdon,

enrolados como hélice cilíndrica de vários passos ou como espirais.

� Apresentam maior sensibilidade, uma vez que o formato hélice ou espiral proporciona um efeito de soma de vários tubos Bourdon, resultando num maior deslocamento da extremidade livre para uma dada mudança de pressão.


Principais vantagens dos manômetros dos tipos espiral e helicoidal são:

� Movimento de maior amplitude;� Mais força;� Resposta mais rápida;� Redução da faixa morta;� Maior precisão.


Manômetro tipo Diafragma ou Membrana

� O princípio fundamental de operação é baseado na lei de Hooke, em que no regime elástico as deformações são proporcionais aos esforços aplicados. No caso em questão, a deflexão do elemento sensor é proporcional à pressão aplicada.

� Existem dois tipos de elementos diafragmas:� Diafragma metálico, o qual utiliza sua própria característica

de deflexão.� Diafragma não metálico, reposicionado por uma mola

previamente calibrada ou um similar elemento elástico.


Manômetro de Diafragma Metálico

� Consiste basicamente de um disco ondulado ou corrugado (a fim de aumentar sua área efetiva) cuja borda é fixa à carcaça.

� Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. Quando uma pressão é aplicada, o diafragma se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada.


Manômetro de diafragma metálico


Manômetro de Diafragma não metálico

� Consiste basicamente de um disco ondulado ou corrugado (a fim de aumentar sua área efetiva) cuja borda é fixa à carcaça.

� Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. Quando uma pressão é aplicada, o diafragma se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada.


Manômetro de Fole (Bellows)� O fole é também empregado na medição de

pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado, fabricado com uma lâmina fina de bronze fosforoso, aço inoxidável ou outros materiais de boa flexibilidade.

� Quando uma pressão é aplicada ao interior do fole, provoca sua distensão, e como ela tem que “vencer” a flexibilidade do material, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada.

� Do mesmo modo, se a pressão for aplicada à parte externa, provocará a contração do fole.

� O manômetro de fole é utilizado apenas para medir baixas pressões.


Outros Tipos de Instrumentos de Pressão

� São mais instrumentos de precisão para laboratório do que propriamente medidores industriais.

� Os tipos mais comuns são: � Tipo cristal piezo-elétrico;� Tipo dissipação de calor.


Medidor de pressão do tipo cristal piezo -elétrico

� Esse instrumento utiliza um cristal de quartzo, ao qual são aplicadas pressões a medir. O cristal de quartzo apresenta variação de propriedades elétricas proporcionais às tensões a que seja submetido.


Medidor de pressão do tipo dissipação de calor

� apresenta, em uma ponte elétrica, duas resistências aquecidas pela corrente.

� Uma das resistências está num recinto sob a pressão a medir, enquanto a outra está sujeita à pressão atmosférica.

� Sabe-se que qualquer variação na densidade da atmosfera que envolva o fio aquecido altera a taxa de dissipação de calor e, portanto, a temperatura.


Cuidados Importantes nas Instalações dos Instrumentos Medidores de Pressão.

� Habitualmente devido ao custo reduzido e ao grande número de manômetros reservas, muitas indústrias não se empenham no sentido de proteger convenientemente esses instrumentos, acarretando com isso, sérios prejuízos financeiros, operacionais e, até mesmo, colocando em risco a segurança tanto dos equipamentos quanto dos elementos envolvidos na operação e manutenção dos sistemas a que tais instrumentos pertençam.

� Recomendam-se proteções para medidores de pressão nos seguintes casos:� Pulsação do Fluído sob Medição;� Vibração da Linha (ou Painel) de Apoio do Manômetro;� Corrosão Exagerada ou Solidificação à Temperatura Ambiente;� Temperaturas Elevadas no Tubo e nas Partes Sensíveis do

Instrumento;� Eventuais Sobrecargas de Pressão.


Pulsação do Fluído sob Medição

� Pulsações rápidas e freqüentes afetam diretamente o “movimento” (conjunto setor-pinhão) nos dentes e nos rolamentos das engrenagens. Há inúmeros dispositivos de proteção para esse tipo de pulsação. De modo geral, são obstáculos ou restrições que impedem a propagação violenta das pulsações, sem obstruir seriamente a passagem até o elemento primário.


Vibração da Linha (ou Painel) de Apoio do Manômetro

� Ainda dessa vez afetando o “movimento”. Só uma reinstalação específica para cada caso poderá solucionar esse tipo de problema.


Corrosão Exagerada ou Solidificação à Temperatura Ambiente

� Encontraremos por exemplo, o caso de linhas de óleo combustível que pode solidificar à temperatura ambiente. Para impedir corrosão nas ligações e no tubo Bourdon usa-se selagem. A selagem é a inclusão de um líquido para impedir o contato corrosivo ou a solidificação. Pode-se usar ou não um diafragma entre os dois líquidos; de modo geral, esses dispositivos protetores podem ser fornecidos pelo próprio fabricante dos manômetros.


Temperaturas Elevadas no Tubo e nas Partes Sensíveis do Instrumento

� Esse problema ocorre, por exemplo, em linhas de vapor. A proteção para esses casos é o uso de um “sifão”. O sifão provê um pequeno depósito de condensado que protege as partes mais delicadas do instrumento;


Eventuais Sobrecargas de Pressão

� A proteção contra inevitáveis sobrecargas é a utilização de manômetros na metade de sua escala para a pressão de operação.


Cuidados Importantes na Operação e Manutenção dos Instrumentos Medidores de Pressão

� “Nunca deve ser utilizado instrumento com resíduos de óleo ou qualquer derivado do petróleo para medições de oxigênio”;

� Ferramentas antifaiscantes deverão ser utilizadas nos sistemas que utilizam hidrogênio;

� A colocação em operação de um instrumento que supervisiona pressão deve ser efetuada lentamente, a fim de se evitar aumentos bruscos de pressão que podem danificar o elemento sensor;

� Os limites operacionais (pressão, temperatura, grau de pureza, contaminação, conexões adequadas, etc.) deverão ser obedecidos, a fim de se garantir a eficiência, precisão e segurança dos valores obtidos;

� A retirada e colocação de instrumentos em operação deverão ser feitas obedecendo rigorosamente às normas de operação onde estarão contidas todas as medidas de segurança, para cada tipo de equipamento a ser manuseado.


TABELA DE CONVERSÕES UNIDADES DE PRESSÃO

PSI KPAPolegadas

H2O

mm

H2O

Polegadas

Hg

mm

HgBar mBar kgf/cm² gm/cm²

PSI 1 6,8947 27,762 705,15 2,0360 51,715 0689 68,947 0,0703 70,307

KPA 0,1450 1 4,0266 102,274 0,2953 7,5007 0100 10,000 0,0102 10,1972

Polegadas

H2O0,0361 0,2483 1 25,421 0,0734 1,8650 0,0025 2,4864 0,0025 2,5355

mm

H2O0,0014 0,0098 0,0394 1 0,0028 0,0734 0,0001 0,0979 0,00001 0,0982

Polegadas

Hg0,4912 3,3867 13,620 345,9400 1 25,4000 0,0339 33,864 0,0345 34,532

mm

Hg0,0193 0,1331 0,5362 13,6200 0,0394 1 0,0013 1,3332 0,0014 1,3595

Bar 14,504 100,00 402,18 10215,0 29,530 750,06 1 1000 1,0197 1019,7

mBar 0,0145 0,1000 0,4022 10,2150 0,0295 0,7501 0,001 1 0,0010 1,0197

kgf/cm² 14,223 97,9047 394,41 10018,0 28,959 735,56 0,9000 980,70 1 1000

Gm/cm² 0,0142 0,0979 0,3944 10,0180 0,0290 0,7356 0,0009 0,9807 0,001 1


Observação sobre unidades de medida

� Na unidade americana libra-força por polegada quadrada, são usuais as siglas psia (pounds-force per square inch absolute) para pressão absoluta e psig (pounds-force per square inch gauge) para pressão relativa.

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Professor Marcelo Magalhaes Barbosa

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