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Malhas de Controlepressão

Malhas de Controle (CP2) www.professores.deq.ufscar.br/ronaldo/cp2 DEQ/UFSCar 1 / 22

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Roteiro I

1 Pressão de Líquido

2 Pressão de Gás

3 Pressão do Vapor

4 Exemplos

5 SensoresCélula de Pressão DiferencialExtensômetro (Strain Gage)Elementos PiezoresistivosElementos Piezoelétricos



Malhas de Pressão de LíquidoO controle da pressão de um líquido é essencialmente controle devazão.

O ganho do processo no controle de vazão será sempre igual a 1,enquanto que no controle da pressão o ganho converterá vazão empressão.

T P

C P

P

Figura: Malha de controle de pressão de líquido.



Malhas de Pressão de Gás

A quantidade de gás armazenada em um volume fixo, a temperaturaconstante, varia diretamente com sua pressão . Aumentando a alimentação,aumenta a pressão de forma similar ao nível de líquido em um tanque.Portanto, uma malha de pressão de gás é semelhante a uma malha denível de líquido, com a constante de tempo sendo igual a razão entre ovolume do sistema e a máxima vazão de gás fornecida pelo sistema.Entretanto, uma malha de controle de gás é auto-regulável, diferente-mente de uma malha de controle de nível de líquido: aumentando-sea pressão, a vazão de alimentação decresce e a de saída aumenta.

O controle da pressão de um gás é comumente realizado pelo forneci-mento de gás ao sistema, ou pela remoção de gás do mesmo. Nessecaso, a pressão é mais fácil de ser controlada, mesmo somente comcontrolador proporcional. Como conseqüência, desvio permanente éobservado na vazão de saída.



Malhas de Pressão de Vapor

Em sistemas com vapor e líquido em equilíbrio, tais como caldeiras,evaporadores e colunas de destilação, o fluido pode mudar de fasecom a transferência de calor.

Quando a pressão é controlada pela adição ou remoção direta de va-por, a resposta do sistema de controle é semelhante ao controle dapressão de gás. Quando a transferência de calor é o mecanismo usa-do no controle da pressão do vapor, o sistema de controle comporta-sede forma semelhante ao do controle de temperatura, com atrasos cor-respondentes a esse tipo de malha de controle.



Malhas de Pressão de Vaporcontinuação

A pressão do vapor em uma caldeira é normalmente controlada pelamanipulação da vazão do combustível e do ar.

Em colunas de destilação, a pressão responde tanto ao aquecimentoquanto ao resfriamento. O calor fornecido ao refervedor é normalmenteutilizado no controle da qualidade do produto de fundo. Enquanto quea remoção de calor no condensador é normalmente usado no controleda pressão na coluna.



Malhas de Pressão: exemplos

Controle da Pressão de uma Corrente de Vapor



Malhas de Pressão: exemplos

Controle da Pressão de um Compressor – Anti-Surto



Sensores de Pressão: Célula de Pressão Diferencial

Sensor Capacitivo ou Célula Capacitiva é o sensor mais utilizado emtransdutores de pressão. Nele um diafragma de medição se moveentre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o móvel, existeum líquido de enchimento que funciona como um dielétrico.

Como um capacitor de placas paralelas é constituído por duas pla-cas paralelas separadas por um meio dielétrico, ao sofrer o esforço depressão, o diafragma móvel (que vem a ser uma das placas do capa-citor) tem sua distância em relação ao diafragma fixo modificada. Issoprovoca alteração na capacitância de um circuito de medição, e entãotem-se a medição da pressão.



Sensores de Pressão: Célula de Pressão Diferencialcontinuação

Estes instrumentos, quando utilizados em medição de nível, medemdiferenciais de pressão que são provocados pela coluna líquidapresente nos equipamentos cujo nível se deseja medir.

O lado de alta pressão do transdutor de pressão diferencial é ligadopela tomada da parte inferior do tanque e o lado de baixa pressão éaberto para a atmosfera. Visto que a pressão estática do líquido édiretamente proporcional ao peso do líquido, este pode ser obtido pelamedida do primeiro.




Figura: Esquema de uma célulacapacitiva.

Figura: Célula capacitiva.




Figura: Sensor/transdutor de pressãodiferencial.

Figura: Nível de tanque medido porpressão diferencial.



Sensores de Pressão: Extensômetro (Strain Gage)

Extensômetro é um transdutor capaz de medir deformações de cor-pos. Quando o material do extensômetro é deformado sua resistênciaelétrica é alterada.

Quando o corpo sofre uma deformação, o extensômetro aderido à suasuperfície tem a resistência elétrica modificada. Essa mudança na re-sistência é normalmente medida usando uma Ponte de Wheatstone .



Sensores de Pressão: Extensômetro (Strain Gage)continuação

Figura: Strain gage aplicadosobre uma peça.

Figura: Esquema de medida de pressão comStrain gage.



Sensores de Pressão: Elementos Piezoresistivos

O efeito piezoresistivo descreve a mudança da resistividade de umsemicondutor quando sujeito a deformações mecânicas.

A piezoresistividade de um semicondutor, como o silício e o germânio,é bem mais sensível a deformações mecânicas do que a mudança daresistência observada em um Strain Gage.



Sensores de Pressão: Elementos Piezoresistivoscontinuação

Figura: Elemento piezoresistivoaplicado à medida de pressão.

Figura: Sensor de pressão diferencialbaseado em elemento piezoresistivo.



Sensores de Pressão: Elementos Piezoelétricos

Um sensor piezoelétrico é um transdutor que usa o efeito piezoelétricopara medir pressão, aceleração, deformação ou força convertendo-asem um sinal elétrico.

Um material piezoelétrico, como o quartzo, gera uma tensão de saídaquando submetido à pressão. Assim, ele pode ser colocado sobre umdiafragma, cuja deformação devido à pressão do sistema servirá paramedi-la.

Os elementos piezoelétricos são mais sensíveis às variações dasgrandezas do que os piezoresistivos. Estes, por sua vez, são maissensíveis do que os strain gages, que por sua vez são mais sensíveisdo que os elementos capacitivos.



Sensores de Pressão: Elementos Piezoelétricoscontinuação

Figura: Elementos piezoelétricos. Figura: Sensor piezoelétrico medindofrequência respiratória.



Sensores de Pressãocontinuação

Mais informações sobre sensores de pressão podem ser obtidos emreferência técnicawww.omega.com/literature/transactions/volume3/trantocvol3.html

medida capacitiva de pressão diferencialyoutu.be/mn6GO6jZiDI

medida eletrônica de pressão diferencialyoutu.be/Eym_D3tGw1E

princípio da medida de pressãoyoutu.be/QrT8VWxdxwk

tubo de Bourdonwww.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=IxhNLtP8jpI


www.omega.com/literature/transactions/volume3/trantocvol3.html

youtu.be/mn6GO6jZiDI

youtu.be/Eym_D3tGw1E

youtu.be/QrT8VWxdxwk

www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=IxhNLtP8jpI


Pressão de um Gás

Um gás ideal tem o seu comportamento descrito pela relação

PV = nRT

Com T e V constantes,

P =RTV

n

Assim, quando a quantidade de gás aumenta (n) no sistema, a pressãotambém aumenta.

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Ponte de Wheatstone

Uma Ponte de Wheatstone é um circuito elétrico usado para medir aresistência elétrica de um componente (Rx ).

Se a razão entre a perna esquerda do circuito R2/R1 é igual a razãoentre Rx/R3 da perna direita do mesmo circuito, então a tensão entreos pontos médios B e C será zero e nenhuma corrente apareceráindicada no amperímetro V .

Este circuito é frequentemente usado em strain gages, elementospiezoresistivos, termômetros de resistência, entre outros.



Ponte de Wheatstonecontinuação

Figura: Esquema de uma Ponte de Wheatstone.

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