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. . 1. Introdução a Instrumentação Como sabemos, os instrumentos de hoje utilizados são frutos de pesquisas e desenvolvimento de longas datas. A título de curiosidade, vamos analisar um “instrumento” utilizado na China Antiga ( Século XII D.C.). Trata-se de um regulador de canudo de palha para, beber. O relato histórico é o seguinte: “Eles bebem o vinho através de um tubo de bambu de dois ou mais pés de comprimento, em cujo interior há um obturador móvel, parecido com um peixinho feito de prata. Conviva e anfitrião compartilham o mesmo tubo. Se a bóia em formato de peixe se aproxima do furo, o vinho não virá. Assim, se alguém sugar muito lento ou muito rápido, os furos fechar-se-ão e não se poderá beber”. Em outras palavras, o dispositivo tem a função de manter uma vazão de vinho pelos participantes de uma bebedeira. Após esse período, outros inventos foram surgindo, até chegarmos na Revolução Industrial. Foi apenas mediante uma passagem pelo campo da máquina a vapor que, nos fins do século XIX, o concito alcançou a consciência do mundo da engenharia. A máquina de BOULTON-WATT, admirada como sensação, rapidamente disseminou-se pela Europa. Nela a atenção focalizou-se no Governador Centrífugo com seus volantes giratórios, a demonstrar impressionante, a acção da realimentação. Por meio de elementos mecânicos adequados, este movimento é transmitido para a válvula de admissão de modo que, ao estrangular o fluxo de vapor, a velocidade é reduzida. Como nosso é o estudo da Instrumentação, vamos dar um salto histórico para o século XX, na década de 40, onde a Instrumentação Pneumática teve seu grande desenvolvimento, surgindo pela primeira vez a filosofia dos sistemas de transmissão e sala de controlo centralizado. Já na década de 50, sugiram os primeiros sinais da Instrumentação Electrónica, paralelamente a processos e sistemas de controlo cada dia mais complexos. Durante a década de 60, surgem os primeiros sistemas de controlo automático por computador, no meio a uma tecnologia de circuitos integrados.

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1 Introduccedilatildeo a Instrumentaccedilatildeo

Como sabemos os instrumentos de hoje utilizados satildeo frutos de pesquisas edesenvolvimento de longas datas A tiacutetulo de curiosidade vamos analisar umldquoinstrumentordquo utilizado na China Antiga ( Seacuteculo XII DC) Trata-se de umregulador de canudo de palha para beber O relato histoacuterico eacute o seguinte

ldquoEles bebem o vinho atraveacutes de um tubo de bambu de dois ou mais peacutesde comprimento em cujo interior haacute um obturador moacutevel parecido com umpeixinho feito de prata Conviva e anfitriatildeo compartilham o mesmo tubo Se aboacuteia em formato de peixe se aproxima do furo o vinho natildeo viraacute

Assim se algueacutem sugar muito lento ou muito raacutepido os furos fechar-se-atildeo enatildeo se poderaacute beberrdquo Em outras palavras o dispositivo tem a funccedilatildeo demanter uma vazatildeo de vinho pelos participantes de uma bebedeira

Apoacutes esse periacuteodo outros inventos foram surgindo ateacute chegarmos na

Revoluccedilatildeo Industrial Foi apenas mediante uma passagem pelo campo damaacutequina a vapor que nos fins do seacuteculo XIX o concito alcanccedilou a consciecircnciado mundo da engenharia

A maacutequina de BOULTON-WATT admirada como sensaccedilatildeorapidamente disseminou-se pela Europa Nela a atenccedilatildeo focalizou-se noGovernador Centriacutefugo com seus volantes giratoacuterios a demonstrarimpressionante a acccedilatildeo da realimentaccedilatildeo Por meio de elementos mecacircnicosadequados este movimento eacute transmitido para a vaacutelvula de admissatildeo de modo

que ao estrangular o fluxo de vapor a velocidade eacute reduzida Como nosso eacute oestudo da Instrumentaccedilatildeo vamos dar um salto histoacuterico para o seacuteculo XX nadeacutecada de 40 onde a Instrumentaccedilatildeo Pneumaacutetica teve seu grandedesenvolvimento surgindo pela primeira vez a filosofia dos sistemas detransmissatildeo e sala de controlo centralizado

Jaacute na deacutecada de 50 sugiram os primeiros sinais da InstrumentaccedilatildeoElectroacutenica paralelamente a processos e sistemas de controlo cada dia maiscomplexos

Durante a deacutecada de 60 surgem os primeiros sistemas de controlo

automaacutetico por computador no meio a uma tecnologia de circuitos integrados

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Revoluccedilatildeo industrial - Seacutec XVIII

bull Artesanato Todas as fases da produccedilatildeo eram feitas pela mesmapessoa

bull Manufactura Especializaccedilatildeo do trabalhobull Maquinofactura Transformaccedilatildeo da mateacuteria-prima pelas maacutequinas em

substituiccedilatildeo as ferramentas usadas pelo homem

Estamos na era da automaccedilatildeo

A primeira revoluccedilatildeo industrial no fim do seacuteculo passado foicaracterizada pela substituiccedilatildeo do trabalho muscular do homem por maacutequinasmotrizes ou seja a mecanizaccedilatildeo A automaccedilatildeo eacute a introduccedilatildeo damecanizaccedilatildeo natildeo soacute desses trabalhos mas tambeacutem dos trabalhos mentais

Na automaccedilatildeo o dispositivo automaacutetico observa sempre o resultado do

seu trabalho e daacute essa informaccedilatildeo ao dispositivo principal (essa acccedilatildeo reflexivachama-se realimentaccedilatildeo ou feedback) Este uacuteltimo compara a informaccedilatildeo comum objectivo desejado e se existir diferenccedila entre os dois actua no sentido dediminuiacute-la para o miacutenimo valor possiacutevel Pode-se dizer portanto que a noccedilatildeofundamental da automaccedilatildeo eacute radicada no feedback

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Automaccedilatildeo

Conceito Eacute um conjunto de teacutecnicas atraveacutes das quais se constroemsistemas activos capazes de actuar com uma eficiecircncia oacuteptima pelo uso deinformaccedilotildees recebidas do meio sobre o qual actuam com base nasinformaccedilotildees o sistema calcula a acccedilatildeo correctiva mais apropriada Um sistema

de automaccedilatildeo comporta-se exactamente como um operador humano o qualutilizando as informaccedilotildees sensoriais pensa e executa a acccedilatildeo maisapropriada

As grandes funccedilotildees da automaccedilatildeo podem se resumir como se vecirc natabela abaixo

As analogias com as funccedilotildees de um operador humano podemesquematizar-se assim

Para entender o que eacute instrumentaccedilatildeo eacute necessaacuterio primeiro entender oque seja um Processo Industrial e suas Variaacuteveis de Processo

2 Fundamentos Baacutesicos

Eacute atraveacutes da instrumentaccedilatildeo principalmente que um operador faz oacompanhamento do processo

Definiccedilotildees

Instrumento equipamento industrial responsaacutevel em controlar medir registarou indicar as variaacuteveis de um processo produtivo

Controle verificaccedilatildeo de uma variaacutevel para possiacuteveis correcccedilotildees fazendo comque a mesma permaneccedila dentro de uma toleracircncia de trabalho preacute-determinada

Medir determinar ou verificar a extensatildeo de uma grandeza ou variaacutevel

Registar escrever ou lanccedilar uma informaccedilatildeo em papel (graacutefico) ou em formade arquivo electroacutenico

Indicar apontar mostrar sinalizar o valor de uma variaacutevel

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Sinalizar na qual o instrumento somente indica se a grandeza medida seencontra acima ou abaixo de certos valores preacute-fixados

Transmitir o instrumento transforma o sinal medido em outro que passa sertransmitido agrave distacircncia

Os transmissores mais comuns satildeo1 Pneumaacuteticos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinalproporcional de pressatildeo de ar comprimido No sistema americano os limites dafaixa de mediccedilatildeo correspondem a 3 e 15 psi No sistema europeu os limitessatildeo de 02 e 01 Kgfcm2

2 Electroacutenicos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinal proporcionaleleacutectrico de 4 agrave 20 mA ou 10 agrave 50 mA Os sinais satildeo transmitidos no caso detransmissatildeo pneumaacutetica atraveacutes de tubos de cobre ou plaacutestico de cerca de 6mm do diacircmetro externo enquanto que no caso de transmissatildeo electroacutenica

usa-se em geral 2 fios3 Digitais Fieldbus eacute um sistema de comunicaccedilatildeo digital bidireccional queinterliga equipamentos inteligentes de campo com sistema de controlo ouequipamentos localizados na sala de controlo

A recepccedilatildeo se faz por medidores de pressatildeo (receptores pneumaacuteticos) oumiliamperiacutemetros

Nota-se que uma vezes colhido o tipo de transmissatildeo e o sinal os receptoresseratildeo iguais entre si diferenciando-se somente uns dos outros pela escala

21 INSTRUMENTACcedilAtildeO INDUSTRIAL ndash DEFINICcedilOtildeES GERAIS

Processo Industrial eacute um conjunto de equipamentos que interligadoscompotildeem um sistema de fabricaccedilatildeo de algum produto Ou seja Processosequecircncia de operaccedilotildees em um conjunto de maacutequinas eou equipamentosnecessaacuterios para a manufactura de um produto

Exemplos Uma unidade para produzir gasolina uma planta para produzircelulose uma faacutebrica de cimento ou um alto forno em uma sideruacutergica

Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos processoscontiacutenuos e descontiacutenuos Em ambos os tipos devem-se manter as variaacuteveisproacuteximas aos valores desejados

Estes processos industriais para funcionarem correctamente possuemvaacuterias variaacuteveis de processo que precisam ser monitoradas e controladasExemplos Um niacutevel de liacutequido na base de uma coluna de destilaccedilatildeo depetroacuteleo uma pressatildeo na descarga de uma bomba ou compressor a

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temperatura dos gases que saem do alto-forno a vazatildeo de vapor queproduzida por uma caldeira

Variaacutevel satildeo condiccedilotildees ou situaccedilotildees que ocorrem durante um processoprodutivo que podem ou natildeo interferir no processo ou no produto alterando aqualidade a produtividade ou deixando o processo inseguro As principais

variaacuteveis satildeo temperatura pressatildeo vazatildeo e niacutevel

Variaacutevel Controlada Eacute a grandeza que desejamos manter dentro de certosparacircmetros ou valores preacute-determinados

Variaacutevel Manipulada Eacute a grandeza que efectivamente manuseamos a fim demanter a variaacutevel controlada dentro dos valores desejados

Estas grandezas nem sempre satildeo coincidentes

I NSTRUMENTACcedilAtildeO eacute a ciecircncia que aplica e desenvolve teacutecnicas paraadequaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo transmissatildeo indicaccedilatildeo registo econtrole de variaacuteveis fiacutesicas em equipamentos nos processos industriais

Nas induacutestrias de processos tais como sideruacutergica petroquiacutemicaalimentiacutecia papel etc a instrumentaccedilatildeo eacute responsaacutevel pelo rendimentomaacuteximo de um processo fazendo com que toda energia cedida sejatransformada em trabalho na elaboraccedilatildeo do produto desejado As principaisgrandezas que traduzem transferecircncias de energia no processo satildeoPRESSAtildeO NIacuteVEL VAZAtildeO TEMPERATURA as quais denominamos devariaacuteveis de um processo

A Instrumentaccedilatildeo eacute tambeacutem definida como ldquoa arte e ciecircncia da mediccedilatildeoe controlerdquo O termo instrumentaccedilatildeo pode ser utilizado para fazer menccedilatildeo agraveaacuterea de trabalho dos teacutecnicos e engenheiros de processo (instrumentistas e

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engenheiros de instrumentaccedilatildeo) que lidam com os aparelhos do processoprodutivo mas tambeacutem pode referir-se aos vaacuterios meacutetodos e utilizaccedilotildeespossiacuteveis para os instrumentos

Um instrumento eacute um dispositivo que eacute utilizado para medir grandezas

caracteriacutesticas de sistemas fiacutesicos As variaacuteveis medidas satildeo praticamentetodas as variaacuteveis mensuraacuteveis relacionadas com as ciecircncias fiacutesicas eouquiacutemicas Por norma este conjunto de variaacuteveis inclui

bull Pressatildeo

bull Caudal

bull Temperatura

bull Niacutevel

bull Densidade

bull Viscosidade

bull pH

bull Radiaccedilatildeo

bull Corrente eleacutectrica

bull Tensatildeo eleacutectrica

bull Indutacircncia

bull Capacitacircncia

bull Frequecircncia

bull Vazatildeo

bull Entre vaacuterias outras propriedades fiacutesicas e quiacutemicas dos processos emateriais

Um instrumento pode ser visto simplesmente como um aparelho que aoreceber um estiacutemulo na ldquoentradardquo produz uma ldquosaiacutedardquo Por exemplo secolocarmos uma termo-resistecircncia num meio quente ela faz variar umaqualquer grandeza de saiacuteda no caso da termo-resistecircncia a sua ldquosaiacutedardquo eacuteum valor de resistecircncia eleacutectrica

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Revoluccedilatildeo industrial - Seacutec XVIII

bull Artesanato Todas as fases da produccedilatildeo eram feitas pela mesmapessoa

bull Manufactura Especializaccedilatildeo do trabalhobull Maquinofactura Transformaccedilatildeo da mateacuteria-prima pelas maacutequinas em

substituiccedilatildeo as ferramentas usadas pelo homem

Estamos na era da automaccedilatildeo

A primeira revoluccedilatildeo industrial no fim do seacuteculo passado foicaracterizada pela substituiccedilatildeo do trabalho muscular do homem por maacutequinasmotrizes ou seja a mecanizaccedilatildeo A automaccedilatildeo eacute a introduccedilatildeo damecanizaccedilatildeo natildeo soacute desses trabalhos mas tambeacutem dos trabalhos mentais

Na automaccedilatildeo o dispositivo automaacutetico observa sempre o resultado do

seu trabalho e daacute essa informaccedilatildeo ao dispositivo principal (essa acccedilatildeo reflexivachama-se realimentaccedilatildeo ou feedback) Este uacuteltimo compara a informaccedilatildeo comum objectivo desejado e se existir diferenccedila entre os dois actua no sentido dediminuiacute-la para o miacutenimo valor possiacutevel Pode-se dizer portanto que a noccedilatildeofundamental da automaccedilatildeo eacute radicada no feedback

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Automaccedilatildeo

Conceito Eacute um conjunto de teacutecnicas atraveacutes das quais se constroemsistemas activos capazes de actuar com uma eficiecircncia oacuteptima pelo uso deinformaccedilotildees recebidas do meio sobre o qual actuam com base nasinformaccedilotildees o sistema calcula a acccedilatildeo correctiva mais apropriada Um sistema

de automaccedilatildeo comporta-se exactamente como um operador humano o qualutilizando as informaccedilotildees sensoriais pensa e executa a acccedilatildeo maisapropriada

As grandes funccedilotildees da automaccedilatildeo podem se resumir como se vecirc natabela abaixo

As analogias com as funccedilotildees de um operador humano podemesquematizar-se assim

Para entender o que eacute instrumentaccedilatildeo eacute necessaacuterio primeiro entender oque seja um Processo Industrial e suas Variaacuteveis de Processo

2 Fundamentos Baacutesicos

Eacute atraveacutes da instrumentaccedilatildeo principalmente que um operador faz oacompanhamento do processo

Definiccedilotildees

Instrumento equipamento industrial responsaacutevel em controlar medir registarou indicar as variaacuteveis de um processo produtivo

Controle verificaccedilatildeo de uma variaacutevel para possiacuteveis correcccedilotildees fazendo comque a mesma permaneccedila dentro de uma toleracircncia de trabalho preacute-determinada

Medir determinar ou verificar a extensatildeo de uma grandeza ou variaacutevel

Registar escrever ou lanccedilar uma informaccedilatildeo em papel (graacutefico) ou em formade arquivo electroacutenico

Indicar apontar mostrar sinalizar o valor de uma variaacutevel

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Sinalizar na qual o instrumento somente indica se a grandeza medida seencontra acima ou abaixo de certos valores preacute-fixados

Transmitir o instrumento transforma o sinal medido em outro que passa sertransmitido agrave distacircncia

Os transmissores mais comuns satildeo1 Pneumaacuteticos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinalproporcional de pressatildeo de ar comprimido No sistema americano os limites dafaixa de mediccedilatildeo correspondem a 3 e 15 psi No sistema europeu os limitessatildeo de 02 e 01 Kgfcm2

2 Electroacutenicos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinal proporcionaleleacutectrico de 4 agrave 20 mA ou 10 agrave 50 mA Os sinais satildeo transmitidos no caso detransmissatildeo pneumaacutetica atraveacutes de tubos de cobre ou plaacutestico de cerca de 6mm do diacircmetro externo enquanto que no caso de transmissatildeo electroacutenica

usa-se em geral 2 fios3 Digitais Fieldbus eacute um sistema de comunicaccedilatildeo digital bidireccional queinterliga equipamentos inteligentes de campo com sistema de controlo ouequipamentos localizados na sala de controlo

A recepccedilatildeo se faz por medidores de pressatildeo (receptores pneumaacuteticos) oumiliamperiacutemetros

Nota-se que uma vezes colhido o tipo de transmissatildeo e o sinal os receptoresseratildeo iguais entre si diferenciando-se somente uns dos outros pela escala

21 INSTRUMENTACcedilAtildeO INDUSTRIAL ndash DEFINICcedilOtildeES GERAIS

Processo Industrial eacute um conjunto de equipamentos que interligadoscompotildeem um sistema de fabricaccedilatildeo de algum produto Ou seja Processosequecircncia de operaccedilotildees em um conjunto de maacutequinas eou equipamentosnecessaacuterios para a manufactura de um produto

Exemplos Uma unidade para produzir gasolina uma planta para produzircelulose uma faacutebrica de cimento ou um alto forno em uma sideruacutergica

Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos processoscontiacutenuos e descontiacutenuos Em ambos os tipos devem-se manter as variaacuteveisproacuteximas aos valores desejados

Estes processos industriais para funcionarem correctamente possuemvaacuterias variaacuteveis de processo que precisam ser monitoradas e controladasExemplos Um niacutevel de liacutequido na base de uma coluna de destilaccedilatildeo depetroacuteleo uma pressatildeo na descarga de uma bomba ou compressor a

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temperatura dos gases que saem do alto-forno a vazatildeo de vapor queproduzida por uma caldeira

Variaacutevel satildeo condiccedilotildees ou situaccedilotildees que ocorrem durante um processoprodutivo que podem ou natildeo interferir no processo ou no produto alterando aqualidade a produtividade ou deixando o processo inseguro As principais

variaacuteveis satildeo temperatura pressatildeo vazatildeo e niacutevel

Variaacutevel Controlada Eacute a grandeza que desejamos manter dentro de certosparacircmetros ou valores preacute-determinados

Variaacutevel Manipulada Eacute a grandeza que efectivamente manuseamos a fim demanter a variaacutevel controlada dentro dos valores desejados

Estas grandezas nem sempre satildeo coincidentes

I NSTRUMENTACcedilAtildeO eacute a ciecircncia que aplica e desenvolve teacutecnicas paraadequaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo transmissatildeo indicaccedilatildeo registo econtrole de variaacuteveis fiacutesicas em equipamentos nos processos industriais

Nas induacutestrias de processos tais como sideruacutergica petroquiacutemicaalimentiacutecia papel etc a instrumentaccedilatildeo eacute responsaacutevel pelo rendimentomaacuteximo de um processo fazendo com que toda energia cedida sejatransformada em trabalho na elaboraccedilatildeo do produto desejado As principaisgrandezas que traduzem transferecircncias de energia no processo satildeoPRESSAtildeO NIacuteVEL VAZAtildeO TEMPERATURA as quais denominamos devariaacuteveis de um processo

A Instrumentaccedilatildeo eacute tambeacutem definida como ldquoa arte e ciecircncia da mediccedilatildeoe controlerdquo O termo instrumentaccedilatildeo pode ser utilizado para fazer menccedilatildeo agraveaacuterea de trabalho dos teacutecnicos e engenheiros de processo (instrumentistas e

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engenheiros de instrumentaccedilatildeo) que lidam com os aparelhos do processoprodutivo mas tambeacutem pode referir-se aos vaacuterios meacutetodos e utilizaccedilotildeespossiacuteveis para os instrumentos

Um instrumento eacute um dispositivo que eacute utilizado para medir grandezas

caracteriacutesticas de sistemas fiacutesicos As variaacuteveis medidas satildeo praticamentetodas as variaacuteveis mensuraacuteveis relacionadas com as ciecircncias fiacutesicas eouquiacutemicas Por norma este conjunto de variaacuteveis inclui

bull Pressatildeo

bull Caudal

bull Temperatura

bull Niacutevel

bull Densidade

bull Viscosidade

bull pH

bull Radiaccedilatildeo

bull Corrente eleacutectrica

bull Tensatildeo eleacutectrica

bull Indutacircncia

bull Capacitacircncia

bull Frequecircncia

bull Vazatildeo

bull Entre vaacuterias outras propriedades fiacutesicas e quiacutemicas dos processos emateriais

Um instrumento pode ser visto simplesmente como um aparelho que aoreceber um estiacutemulo na ldquoentradardquo produz uma ldquosaiacutedardquo Por exemplo secolocarmos uma termo-resistecircncia num meio quente ela faz variar umaqualquer grandeza de saiacuteda no caso da termo-resistecircncia a sua ldquosaiacutedardquo eacuteum valor de resistecircncia eleacutectrica

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983095

Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983096

Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983097

P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Automaccedilatildeo

Conceito Eacute um conjunto de teacutecnicas atraveacutes das quais se constroemsistemas activos capazes de actuar com uma eficiecircncia oacuteptima pelo uso deinformaccedilotildees recebidas do meio sobre o qual actuam com base nasinformaccedilotildees o sistema calcula a acccedilatildeo correctiva mais apropriada Um sistema

de automaccedilatildeo comporta-se exactamente como um operador humano o qualutilizando as informaccedilotildees sensoriais pensa e executa a acccedilatildeo maisapropriada

As grandes funccedilotildees da automaccedilatildeo podem se resumir como se vecirc natabela abaixo

As analogias com as funccedilotildees de um operador humano podemesquematizar-se assim

Para entender o que eacute instrumentaccedilatildeo eacute necessaacuterio primeiro entender oque seja um Processo Industrial e suas Variaacuteveis de Processo

2 Fundamentos Baacutesicos

Eacute atraveacutes da instrumentaccedilatildeo principalmente que um operador faz oacompanhamento do processo

Definiccedilotildees

Instrumento equipamento industrial responsaacutevel em controlar medir registarou indicar as variaacuteveis de um processo produtivo

Controle verificaccedilatildeo de uma variaacutevel para possiacuteveis correcccedilotildees fazendo comque a mesma permaneccedila dentro de uma toleracircncia de trabalho preacute-determinada

Medir determinar ou verificar a extensatildeo de uma grandeza ou variaacutevel

Registar escrever ou lanccedilar uma informaccedilatildeo em papel (graacutefico) ou em formade arquivo electroacutenico

Indicar apontar mostrar sinalizar o valor de uma variaacutevel

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Sinalizar na qual o instrumento somente indica se a grandeza medida seencontra acima ou abaixo de certos valores preacute-fixados

Transmitir o instrumento transforma o sinal medido em outro que passa sertransmitido agrave distacircncia

Os transmissores mais comuns satildeo1 Pneumaacuteticos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinalproporcional de pressatildeo de ar comprimido No sistema americano os limites dafaixa de mediccedilatildeo correspondem a 3 e 15 psi No sistema europeu os limitessatildeo de 02 e 01 Kgfcm2

2 Electroacutenicos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinal proporcionaleleacutectrico de 4 agrave 20 mA ou 10 agrave 50 mA Os sinais satildeo transmitidos no caso detransmissatildeo pneumaacutetica atraveacutes de tubos de cobre ou plaacutestico de cerca de 6mm do diacircmetro externo enquanto que no caso de transmissatildeo electroacutenica

usa-se em geral 2 fios3 Digitais Fieldbus eacute um sistema de comunicaccedilatildeo digital bidireccional queinterliga equipamentos inteligentes de campo com sistema de controlo ouequipamentos localizados na sala de controlo

A recepccedilatildeo se faz por medidores de pressatildeo (receptores pneumaacuteticos) oumiliamperiacutemetros

Nota-se que uma vezes colhido o tipo de transmissatildeo e o sinal os receptoresseratildeo iguais entre si diferenciando-se somente uns dos outros pela escala

21 INSTRUMENTACcedilAtildeO INDUSTRIAL ndash DEFINICcedilOtildeES GERAIS

Processo Industrial eacute um conjunto de equipamentos que interligadoscompotildeem um sistema de fabricaccedilatildeo de algum produto Ou seja Processosequecircncia de operaccedilotildees em um conjunto de maacutequinas eou equipamentosnecessaacuterios para a manufactura de um produto

Exemplos Uma unidade para produzir gasolina uma planta para produzircelulose uma faacutebrica de cimento ou um alto forno em uma sideruacutergica

Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos processoscontiacutenuos e descontiacutenuos Em ambos os tipos devem-se manter as variaacuteveisproacuteximas aos valores desejados

Estes processos industriais para funcionarem correctamente possuemvaacuterias variaacuteveis de processo que precisam ser monitoradas e controladasExemplos Um niacutevel de liacutequido na base de uma coluna de destilaccedilatildeo depetroacuteleo uma pressatildeo na descarga de uma bomba ou compressor a

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temperatura dos gases que saem do alto-forno a vazatildeo de vapor queproduzida por uma caldeira

Variaacutevel satildeo condiccedilotildees ou situaccedilotildees que ocorrem durante um processoprodutivo que podem ou natildeo interferir no processo ou no produto alterando aqualidade a produtividade ou deixando o processo inseguro As principais

variaacuteveis satildeo temperatura pressatildeo vazatildeo e niacutevel

Variaacutevel Controlada Eacute a grandeza que desejamos manter dentro de certosparacircmetros ou valores preacute-determinados

Variaacutevel Manipulada Eacute a grandeza que efectivamente manuseamos a fim demanter a variaacutevel controlada dentro dos valores desejados

Estas grandezas nem sempre satildeo coincidentes

I NSTRUMENTACcedilAtildeO eacute a ciecircncia que aplica e desenvolve teacutecnicas paraadequaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo transmissatildeo indicaccedilatildeo registo econtrole de variaacuteveis fiacutesicas em equipamentos nos processos industriais

Nas induacutestrias de processos tais como sideruacutergica petroquiacutemicaalimentiacutecia papel etc a instrumentaccedilatildeo eacute responsaacutevel pelo rendimentomaacuteximo de um processo fazendo com que toda energia cedida sejatransformada em trabalho na elaboraccedilatildeo do produto desejado As principaisgrandezas que traduzem transferecircncias de energia no processo satildeoPRESSAtildeO NIacuteVEL VAZAtildeO TEMPERATURA as quais denominamos devariaacuteveis de um processo

A Instrumentaccedilatildeo eacute tambeacutem definida como ldquoa arte e ciecircncia da mediccedilatildeoe controlerdquo O termo instrumentaccedilatildeo pode ser utilizado para fazer menccedilatildeo agraveaacuterea de trabalho dos teacutecnicos e engenheiros de processo (instrumentistas e

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engenheiros de instrumentaccedilatildeo) que lidam com os aparelhos do processoprodutivo mas tambeacutem pode referir-se aos vaacuterios meacutetodos e utilizaccedilotildeespossiacuteveis para os instrumentos

Um instrumento eacute um dispositivo que eacute utilizado para medir grandezas

caracteriacutesticas de sistemas fiacutesicos As variaacuteveis medidas satildeo praticamentetodas as variaacuteveis mensuraacuteveis relacionadas com as ciecircncias fiacutesicas eouquiacutemicas Por norma este conjunto de variaacuteveis inclui

bull Pressatildeo

bull Caudal

bull Temperatura

bull Niacutevel

bull Densidade

bull Viscosidade

bull pH

bull Radiaccedilatildeo

bull Corrente eleacutectrica

bull Tensatildeo eleacutectrica

bull Indutacircncia

bull Capacitacircncia

bull Frequecircncia

bull Vazatildeo

bull Entre vaacuterias outras propriedades fiacutesicas e quiacutemicas dos processos emateriais

Um instrumento pode ser visto simplesmente como um aparelho que aoreceber um estiacutemulo na ldquoentradardquo produz uma ldquosaiacutedardquo Por exemplo secolocarmos uma termo-resistecircncia num meio quente ela faz variar umaqualquer grandeza de saiacuteda no caso da termo-resistecircncia a sua ldquosaiacutedardquo eacuteum valor de resistecircncia eleacutectrica

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983091

Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Sinalizar na qual o instrumento somente indica se a grandeza medida seencontra acima ou abaixo de certos valores preacute-fixados

Transmitir o instrumento transforma o sinal medido em outro que passa sertransmitido agrave distacircncia

Os transmissores mais comuns satildeo1 Pneumaacuteticos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinalproporcional de pressatildeo de ar comprimido No sistema americano os limites dafaixa de mediccedilatildeo correspondem a 3 e 15 psi No sistema europeu os limitessatildeo de 02 e 01 Kgfcm2

2 Electroacutenicos que convertem a mediccedilatildeo da variaacutevel em um sinal proporcionaleleacutectrico de 4 agrave 20 mA ou 10 agrave 50 mA Os sinais satildeo transmitidos no caso detransmissatildeo pneumaacutetica atraveacutes de tubos de cobre ou plaacutestico de cerca de 6mm do diacircmetro externo enquanto que no caso de transmissatildeo electroacutenica

usa-se em geral 2 fios3 Digitais Fieldbus eacute um sistema de comunicaccedilatildeo digital bidireccional queinterliga equipamentos inteligentes de campo com sistema de controlo ouequipamentos localizados na sala de controlo

A recepccedilatildeo se faz por medidores de pressatildeo (receptores pneumaacuteticos) oumiliamperiacutemetros

Nota-se que uma vezes colhido o tipo de transmissatildeo e o sinal os receptoresseratildeo iguais entre si diferenciando-se somente uns dos outros pela escala

21 INSTRUMENTACcedilAtildeO INDUSTRIAL ndash DEFINICcedilOtildeES GERAIS

Processo Industrial eacute um conjunto de equipamentos que interligadoscompotildeem um sistema de fabricaccedilatildeo de algum produto Ou seja Processosequecircncia de operaccedilotildees em um conjunto de maacutequinas eou equipamentosnecessaacuterios para a manufactura de um produto

Exemplos Uma unidade para produzir gasolina uma planta para produzircelulose uma faacutebrica de cimento ou um alto forno em uma sideruacutergica

Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos processoscontiacutenuos e descontiacutenuos Em ambos os tipos devem-se manter as variaacuteveisproacuteximas aos valores desejados

Estes processos industriais para funcionarem correctamente possuemvaacuterias variaacuteveis de processo que precisam ser monitoradas e controladasExemplos Um niacutevel de liacutequido na base de uma coluna de destilaccedilatildeo depetroacuteleo uma pressatildeo na descarga de uma bomba ou compressor a

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temperatura dos gases que saem do alto-forno a vazatildeo de vapor queproduzida por uma caldeira

Variaacutevel satildeo condiccedilotildees ou situaccedilotildees que ocorrem durante um processoprodutivo que podem ou natildeo interferir no processo ou no produto alterando aqualidade a produtividade ou deixando o processo inseguro As principais

variaacuteveis satildeo temperatura pressatildeo vazatildeo e niacutevel

Variaacutevel Controlada Eacute a grandeza que desejamos manter dentro de certosparacircmetros ou valores preacute-determinados

Variaacutevel Manipulada Eacute a grandeza que efectivamente manuseamos a fim demanter a variaacutevel controlada dentro dos valores desejados

Estas grandezas nem sempre satildeo coincidentes

I NSTRUMENTACcedilAtildeO eacute a ciecircncia que aplica e desenvolve teacutecnicas paraadequaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo transmissatildeo indicaccedilatildeo registo econtrole de variaacuteveis fiacutesicas em equipamentos nos processos industriais

Nas induacutestrias de processos tais como sideruacutergica petroquiacutemicaalimentiacutecia papel etc a instrumentaccedilatildeo eacute responsaacutevel pelo rendimentomaacuteximo de um processo fazendo com que toda energia cedida sejatransformada em trabalho na elaboraccedilatildeo do produto desejado As principaisgrandezas que traduzem transferecircncias de energia no processo satildeoPRESSAtildeO NIacuteVEL VAZAtildeO TEMPERATURA as quais denominamos devariaacuteveis de um processo

A Instrumentaccedilatildeo eacute tambeacutem definida como ldquoa arte e ciecircncia da mediccedilatildeoe controlerdquo O termo instrumentaccedilatildeo pode ser utilizado para fazer menccedilatildeo agraveaacuterea de trabalho dos teacutecnicos e engenheiros de processo (instrumentistas e

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engenheiros de instrumentaccedilatildeo) que lidam com os aparelhos do processoprodutivo mas tambeacutem pode referir-se aos vaacuterios meacutetodos e utilizaccedilotildeespossiacuteveis para os instrumentos

Um instrumento eacute um dispositivo que eacute utilizado para medir grandezas

caracteriacutesticas de sistemas fiacutesicos As variaacuteveis medidas satildeo praticamentetodas as variaacuteveis mensuraacuteveis relacionadas com as ciecircncias fiacutesicas eouquiacutemicas Por norma este conjunto de variaacuteveis inclui

bull Pressatildeo

bull Caudal

bull Temperatura

bull Niacutevel

bull Densidade

bull Viscosidade

bull pH

bull Radiaccedilatildeo

bull Corrente eleacutectrica

bull Tensatildeo eleacutectrica

bull Indutacircncia

bull Capacitacircncia

bull Frequecircncia

bull Vazatildeo

bull Entre vaacuterias outras propriedades fiacutesicas e quiacutemicas dos processos emateriais

Um instrumento pode ser visto simplesmente como um aparelho que aoreceber um estiacutemulo na ldquoentradardquo produz uma ldquosaiacutedardquo Por exemplo secolocarmos uma termo-resistecircncia num meio quente ela faz variar umaqualquer grandeza de saiacuteda no caso da termo-resistecircncia a sua ldquosaiacutedardquo eacuteum valor de resistecircncia eleacutectrica

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983093

largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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temperatura dos gases que saem do alto-forno a vazatildeo de vapor queproduzida por uma caldeira

Variaacutevel satildeo condiccedilotildees ou situaccedilotildees que ocorrem durante um processoprodutivo que podem ou natildeo interferir no processo ou no produto alterando aqualidade a produtividade ou deixando o processo inseguro As principais

variaacuteveis satildeo temperatura pressatildeo vazatildeo e niacutevel

Variaacutevel Controlada Eacute a grandeza que desejamos manter dentro de certosparacircmetros ou valores preacute-determinados

Variaacutevel Manipulada Eacute a grandeza que efectivamente manuseamos a fim demanter a variaacutevel controlada dentro dos valores desejados

Estas grandezas nem sempre satildeo coincidentes

I NSTRUMENTACcedilAtildeO eacute a ciecircncia que aplica e desenvolve teacutecnicas paraadequaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo transmissatildeo indicaccedilatildeo registo econtrole de variaacuteveis fiacutesicas em equipamentos nos processos industriais

Nas induacutestrias de processos tais como sideruacutergica petroquiacutemicaalimentiacutecia papel etc a instrumentaccedilatildeo eacute responsaacutevel pelo rendimentomaacuteximo de um processo fazendo com que toda energia cedida sejatransformada em trabalho na elaboraccedilatildeo do produto desejado As principaisgrandezas que traduzem transferecircncias de energia no processo satildeoPRESSAtildeO NIacuteVEL VAZAtildeO TEMPERATURA as quais denominamos devariaacuteveis de um processo

A Instrumentaccedilatildeo eacute tambeacutem definida como ldquoa arte e ciecircncia da mediccedilatildeoe controlerdquo O termo instrumentaccedilatildeo pode ser utilizado para fazer menccedilatildeo agraveaacuterea de trabalho dos teacutecnicos e engenheiros de processo (instrumentistas e

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engenheiros de instrumentaccedilatildeo) que lidam com os aparelhos do processoprodutivo mas tambeacutem pode referir-se aos vaacuterios meacutetodos e utilizaccedilotildeespossiacuteveis para os instrumentos

Um instrumento eacute um dispositivo que eacute utilizado para medir grandezas

caracteriacutesticas de sistemas fiacutesicos As variaacuteveis medidas satildeo praticamentetodas as variaacuteveis mensuraacuteveis relacionadas com as ciecircncias fiacutesicas eouquiacutemicas Por norma este conjunto de variaacuteveis inclui

bull Pressatildeo

bull Caudal

bull Temperatura

bull Niacutevel

bull Densidade

bull Viscosidade

bull pH

bull Radiaccedilatildeo

bull Corrente eleacutectrica

bull Tensatildeo eleacutectrica

bull Indutacircncia

bull Capacitacircncia

bull Frequecircncia

bull Vazatildeo

bull Entre vaacuterias outras propriedades fiacutesicas e quiacutemicas dos processos emateriais

Um instrumento pode ser visto simplesmente como um aparelho que aoreceber um estiacutemulo na ldquoentradardquo produz uma ldquosaiacutedardquo Por exemplo secolocarmos uma termo-resistecircncia num meio quente ela faz variar umaqualquer grandeza de saiacuteda no caso da termo-resistecircncia a sua ldquosaiacutedardquo eacuteum valor de resistecircncia eleacutectrica

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983093

largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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engenheiros de instrumentaccedilatildeo) que lidam com os aparelhos do processoprodutivo mas tambeacutem pode referir-se aos vaacuterios meacutetodos e utilizaccedilotildeespossiacuteveis para os instrumentos

Um instrumento eacute um dispositivo que eacute utilizado para medir grandezas

caracteriacutesticas de sistemas fiacutesicos As variaacuteveis medidas satildeo praticamentetodas as variaacuteveis mensuraacuteveis relacionadas com as ciecircncias fiacutesicas eouquiacutemicas Por norma este conjunto de variaacuteveis inclui

bull Pressatildeo

bull Caudal

bull Temperatura

bull Niacutevel

bull Densidade

bull Viscosidade

bull pH

bull Radiaccedilatildeo

bull Corrente eleacutectrica

bull Tensatildeo eleacutectrica

bull Indutacircncia

bull Capacitacircncia

bull Frequecircncia

bull Vazatildeo

bull Entre vaacuterias outras propriedades fiacutesicas e quiacutemicas dos processos emateriais

Um instrumento pode ser visto simplesmente como um aparelho que aoreceber um estiacutemulo na ldquoentradardquo produz uma ldquosaiacutedardquo Por exemplo secolocarmos uma termo-resistecircncia num meio quente ela faz variar umaqualquer grandeza de saiacuteda no caso da termo-resistecircncia a sua ldquosaiacutedardquo eacuteum valor de resistecircncia eleacutectrica

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983092

31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983093

largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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22 CONTROLO AUTOMAacuteTICO

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variaacuteveis eramcontroladas pelo elemento humano o controle manual

Actualmente devido a complexidade dos processos seja por questotildeesde seguranccedila ou de economia o elemento humano foi substituiacutedo por

instrumentos capazes de executar essas tarefas satildeo os controladoresautomaacuteticos

A matildeo-de-obra pode ser extremamente reduzida uma vez que restarampoucas operaccedilotildees manuais e a fiscalizaccedilatildeo ou supervisatildeo geral dainstrumentaccedilatildeo eacute de faacutecil execuccedilatildeo

Como vantagens de controlo automaacutetico sobre o elemento humanotemos

bull Reduccedilatildeo de custos atraveacutes da diminuiccedilatildeo de matildeo-de-obrabull Garantia de uniformidade de produtos acabadosbull Garantia maior de seguranccedila pessoal e do equipamento

221 Conceito de Controlo Automaacutetico

Entende-se por ldquocontrolo automaacuteticordquo um conjunto de operaccedilotildees que consistemem

bull Medir uma variaacutevelbull Comparar esta medida com um valor desejadobull Corrigir o desvio observado

A figura abaixo mostra sob a forma de notaccedilatildeo de blocos o conceito decontrolo automaacutetico

Os componentes principais do controle automaacutetico satildeo o processo e ocontrolador automaacutetico

O processo ou sistema controlado compreende uma operaccedilatildeo ou uma seacuteriede operaccedilotildees realizadas no ou pelo equipamento no qual uma variaacutevel eacutecontrolada

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983093

largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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O controlador automaacutetico eacute um instrumento que recebe o valor davariaacutevel medida e actua para corrigir ou limitar o desvio dessa variaacutevel emrelaccedilatildeo a um ponto de controlo (valor constante preacute-estabelecido para avariaacutevel) ou entatildeo limitar o desvio da variaacutevel em relaccedilatildeo a uma lei preacute-estabelecida (valor variaacutevel da proacutepria variaacutevel) O controlador actua sobre o

elemento final de controloO elemento final de controlo eacute o dispositivo que varia directamente ovalor da variaacutevel manipulada

Variaacutevel controlada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute medida econtrolada

Variaacutevel manipulada eacute a quantidade ou condiccedilatildeo que eacute variada peloelemento final de controlo de modo a efectuar o valor da variaacutevel controlada

Meio controlado eacute a energia ou material do processo no qual a variaacutevel eacutemedida e controlada

Agenda de controlo eacute a energia ou material do processo do qual avariaacutevel manipulada eacute uma condiccedilatildeo ou caracteriacutestica

223 Funccedilotildees do Controlo Automaacutetico

Muitos Controles sejam eles controlados manualmente ouautomaticamente iratildeo se comportar de maneira satisfatoacuteria apenas quando osvalores de certas variaacuteveis do processo forem mantidos dentro de limitesdeterminados

Entatildeo a funccedilatildeo do controle do processo eacute manipular a relaccedilatildeo entrada esaiacuteda de energia de maneira que as variaacuteveis do processo sejam mantidasdentro dos limites desejaacuteveis Um controlador automaacutetico pode ser definidocomo um mecanismo o que mede o valor da variaacutevel do processo e opera demaneira a limitar o desvio desta variaacutevel em volta do valor desejado A variaacuteveldo processo que eacute mantida dentro de limites eacute chamada de variaacutevelcontrolada

bull Elementos de Controlo Automaacutetico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automaacutetico e suainteracccedilatildeo numa cadeia de controle fechada satildeo mostrados na figura abaixo

Uma comparaccedilatildeo mostra que o controlador automaacutetico desempenha asmesmas funccedilotildees baacutesicas (e na mesma ordem) que o operador humano noprocesso

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983088

3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983096

medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983088

projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983093

Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983094

Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983095

Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983096

Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983091

Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Relaccedilatildeo das quatro funccedilotildees de controlo e dos elementos baacutesicos de umcontrolador automaacutetico para um controle em cadeia fechada

Os elementos de mediccedilatildeo efectua a operaccedilatildeo de medir sentem avaliama variaacutevel de saiacuteda do processo A funccedilatildeo de comparaccedilatildeo de valor medido davariaacutevel de saiacuteda com seu valor desejado eacute feita pelo detector de erro que

produz um sinal quando existe um desvio entre o valor mantido e o desejadoEste final de actuaccedilatildeo eacute muitas vezes chamado de erro Este sinal tem umacerta relaccedilatildeo com o desvio que pode ser chamada funccedilatildeo de computaccedilatildeo

bull Diagrama de Blocos de um Sistema de Controlo

A automaccedilatildeo de processos tem recebido de estudiosos de todos osassuntos a maior atenccedilatildeo dada a sua influecircncia tanto no campo tecnoloacutegicocomo humano onde a matildeo-de-obra ldquonatildeo especializadardquo vem sendosubstituiacuteda sendo esta substituiccedilatildeo acelerada ou retardada de acordo com osinteresses econoacutemicos em jogo

A bem da verdade jaacute nos dias de hoje a matildeo-de-obra natildeo automatizadaeacute histoacuterica nos paiacuteses desenvolvidos pouco importante naqueles emdesenvolvimento e factor de atraso nos subdesenvolvidos

Destes fatos surge a preocupaccedilatildeo de dotar o teacutecnico brasileiro de umconhecimento amplo sobre sistemas de controlos automaacuteticos e instrumentoscapazes de realizar este controlo

A dedicaccedilatildeo na anaacutelise de instrumentos capazes de detectar manipular

registar e actuar sobre grandezas fiacutesicas envolvidas em processosautomaacuteticos tambeacutem eacute objectos deste nosso trabalho

Basicamente um sistema de controlo automaacutetico opera segundo odiagrama de blocos da figura abaixo onde eacute adicionado ao processo umamalha de realimentaccedilatildeo capaz de actuar sobre a entrada do sistema

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983094

Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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3 CLASSIFICACcedilAtildeO DE INSTRUMENTOS DE MEDICcedilAtildeO

Existem vaacuterios meacutetodos de classificaccedilatildeo de instrumentos de mediccedilatildeo Dentreos quais podemos ter

Classificaccedilatildeo por

bull Funccedilatildeo

bull Sinal transmitido ou suprimento

bull Tipo de sinal

311 - Classificaccedilatildeo por Funccedilatildeo

Conforme seraacute visto posteriormente os instrumentos podem estarinterligados entre si para realizar uma determinada tarefa nos processosindustriais A associaccedilatildeo desses instrumentos chama-se malha (Loop) e em

uma malha cada instrumento executa uma funccedilatildeoOs instrumentos que podem compor uma malha satildeo entatildeo classificados

por funccedilatildeo cuja descriccedilatildeo sucinta vemos abaixo

Detector Satildeo dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraccedilotildees navariaacutevel do processo Pode ser ou natildeo parte do transmissor

Transmissor Instrumento que tem a funccedilatildeo de converter sinais do detector emoutra forma capaz de ser enviada agrave distacircncia para um instrumento receptornormalmente localizado no painel

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983090

Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983094

Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983091

Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Transmissor

Transdutor instrumento que recebe informaccedilotildees na forma de uma ou maisquantidades fiacutesicas modifica caso necessaacuterio estas informaccedilotildees e fornece um

sinal de saiacuteda resultante Dependendo da aplicaccedilatildeo o transdutor pode ser umelemento primaacuterio um transmissor ou outro dispositivo O conversor eacute um tipode transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saiacutedapadronizados

Transdutor

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelodetector transmissor etc Existem tambeacutem indicadores digitais que mostram avariaacutevel em forma numeacuterica com diacutegitos ou barras graacuteficas como podemosobservar na Figura

Indicador

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Registador Instrumento que regista graficamente valores instantacircneosmedidos ao longo do tempo valores estes enviados pelo detector transmissorControlador etc

Revistador

Conversor Instrumento cuja funccedilatildeo eacute a de receber uma informaccedilatildeo na formade um sinal alterar esta forma e a emitir como um sinal de saiacuteda proporcional

ao de entrada

Unidade Aritmeacutetica Instrumento que realiza operaccedilotildees nos sinais de valores deentrada de acordo com uma determinada expressatildeo e fornece uma saiacutedaresultante da operaccedilatildeo

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integraccedilatildeo dequantidades medidas sobre o tempo

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado ebaseado na diferenccedila entre eles emite sinal de correcccedilatildeo para a variaacutevel

manipulada a fim de que essa diferenccedila seja igual a zero

Controlador

Elemento final de controlo Dispositivo cuja funccedilatildeo eacute modificar o valor de umavariaacutevel que leve o processo ao valor desejado

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983093

largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983089

Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983089

Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Elemento Final de controlo

312 - Classificaccedilatildeo por Sinal de Transmissatildeo ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinaltransmitido ou o seu suprimento A seguir seraacute descrito os principais tipos suasvantagens e desvantagens

3121 - Tipo pneumaacutetico

Nesse tipo eacute utilizado um gaacutes comprimido cuja pressatildeo eacute alteradaconforme o valor que se deseja representar Nesse caso a variaccedilatildeo da pressatildeodo gaacutes eacute linearmente manipulada numa faixa especiacutefica padronizadainternacionalmente para representar a variaccedilatildeo de uma grandeza desde seulimite inferior ateacute seu limite superior O padratildeo de transmissatildeo ou recepccedilatildeo deinstrumentos pneumaacuteticos mais utilizado eacute de 02 a 10 kgfcm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglecircs)

Os sinais de transmissatildeo analoacutegica normalmente comeccedilam em um valoracima do zero para termos uma seguranccedila em caso de rompimento do meio decomunicaccedilatildeo

O gaacutes mais utilizado para transmissatildeo eacute o ar comprimido sendo tambeacutemo NITROGEcircNIO e em casos especiacuteficos o GAacuteS NATURAL (PETROBRAS)

31211 ndash Vantagem

A grande e uacutenica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumaacuteticosestaacute no fato de se poder operaacute-los com seguranccedila em aacutereas onde existe riscode explosatildeo (centrais de gaacutes por exemplo)

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983093

largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983089

Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983089

Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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31212 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilatildeo de ar comprimido (ou outro gaacutes) para seusuprimento e funcionamento

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor filtro

desumidificador etc Para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partiacuteculassoacutelidas

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissatildeo do sinal este natildeo pode serenviado agrave longa distacircncia sem uso de reforccediladores Normalmente atransmissatildeo eacute limitada a aproximadamente 100 m

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissatildeo ou mesmo nos instrumentossatildeo difiacuteceis de serem detectados

e) Natildeo permite conexatildeo directa aos computadores

3122 - Tipo Hidraacuteulico

Similar ao tipo pneumaacutetico e com desvantagens equivalentes o tipohidraacuteulico utiliza-se da variaccedilatildeo de pressatildeo exercida em oacuteleos hidraacuteulicos paratransmissatildeo de sinal Eacute especialmente utilizado em aplicaccedilotildees onde torqueelevado eacute necessaacuterio ou quando o processo envolve pressotildees elevadas

31221 - Vantagens

a) Podem gerar grandes forccedilas e assim accionar equipamentos de grande pesoe dimensatildeo

b) Resposta raacutepida

31222 - Desvantagens

a) Necessita de tubulaccedilotildees de oacuteleo para transmissatildeo e suprimento

b) Necessita de inspecccedilatildeo perioacutedica do niacutevel de oacuteleo bem como sua troca

c) Necessita de equipamentos auxiliares tais como reservatoacuterio filtrosbombas etc

3123 - Tipo eleacutectrico

Esse tipo de transmissatildeo eacute feito utilizando sinais eleacutectricos de correnteou tensatildeo

Face a tecnologia disponiacutevel no mercado em relaccedilatildeo a fabricaccedilatildeo deinstrumentos electroacutenico micro processado hoje eacute esse tipo de transmissatildeo

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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largamente usado em todas as induacutestrias onde natildeo ocorre risco de explosatildeoAssim como na transmissatildeo pneumaacutetica o sinal eacute linearmente modulado emuma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limitemiacutenimo e maacuteximo de uma variaacutevel de um processo qualquer Como padratildeopara transmissatildeo a longas distacircncias satildeo utilizados sinais em corrente contiacutenua

variando de (4 a 20 mA) e para distacircncias ateacute 15 metros aproximadamentetambeacutem utiliza-se sinais em tensatildeo contiacutenua de 1 a 5V

31231 - Vantagens

a) Permite transmissatildeo para longas distacircncias sem perdas

b) A alimentaccedilatildeo pode ser feita pelos proacuteprios fios que conduzem o sinal detransmissatildeo

c) Natildeo necessita de poucos equipamentos auxiliares

d) Permite faacutecil conexatildeo aos computadores

e) Faacutecil instalaccedilatildeo

f) Permite de forma mais faacutecil realizaccedilatildeo de operaccedilotildees matemaacuteticas

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja ldquolidordquo por mais de uminstrumento ligando em seacuterie os instrumentos Poreacutem existe um limite quantoagrave soma das resistecircncias internas destes instrumentos que natildeo deveultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor

31232 ndash Desvantagens

a) Necessita de teacutecnico especializado para sua instalaccedilatildeo e manutenccedilatildeo

b) Exige utilizaccedilatildeo de instrumentos e cuidados especiais em instalaccedilotildeeslocalizadas em aacutereas de riscos

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fiosde sinais

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruiacutedos eleacutectricos

3124 - Tipo Digital

Nesse tipo ldquopacotes de informaccedilotildeesrdquo sobre a variaacutevel medida satildeoenviados para uma estaccedilatildeo receptora atraveacutes de sinais digitais modulados epadronizados Para que a comunicaccedilatildeo entre o elemento transmissor receptorseja realizada com ecircxito eacute utilizada uma ldquolinguagemrdquo padratildeo chamadoprotocolo de comunicaccedilatildeo

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3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983096

medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983094

3124 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita ligaccedilatildeo ponto a ponto por instrumento

b) Pode utilizar um par tranccedilado ou fibra oacuteptica para transmissatildeo dos dados

c) Imune a ruiacutedos externos

d) Permite configuraccedilatildeo diagnoacutesticos de falha e ajuste em qualquer ponto damalha

e) Menor custo final

3124 2 - Desvantagens

a) Existecircncia de vaacuterios protocolos no mercado o que dificulta a comunicaccedilatildeoentre equipamentos de marcas diferentes

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicaccedilatildeo pode-se perder ainformaccedilatildeo eou controle de vaacuterias malha

3125 - Via Raacutedio

Neste tipo o sinal ou um pacote de sinais medidos satildeo enviados agrave suaestaccedilatildeo receptora via ondas de raacutedio em uma faixa de frequecircncia especiacutefica

3125 1 - Vantagens

a) Natildeo necessita de cabos de sinal

b) Pode-se enviar sinais de mediccedilatildeo e controle de maacutequinas em movimento

3125 2 - Desvantagens

a) Alto custo inicial

b) Necessidade de teacutecnicos altamente especializados

3126 - Via Modem

A transmissatildeo dos sinais eacute feita atraveacutes de utilizaccedilatildeo de linhastelefoacutenicas pela modulaccedilatildeo do sinal em frequecircncia fase ou amplitude

3126 1 - Vantagens

a) Baixo custo de instalaccedilatildeo

b) Pode-se transmitir dados a longas distacircncias

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3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983095

3126 2 - Desvantagens

a) Necessita de profissionais especializados

b) Baixa velocidade na transmissatildeo de dados

c) Sujeito a interferecircncias externas inclusive violaccedilatildeo de informaccedilotildees

313 ndash Terminologias

Os instrumentos de controlo empregados na induacutestria de processos(quiacutemica sideruacutergica papel etc) tecircm sua proacutepria terminologia Os termosutilizados definem as caracteriacutesticas proacuteprias de medida e controle dosdiversos instrumentos indicadores registadores controladores transmissorese vaacutelvulas de controlo

A terminologia empregada eacute unificada entre os fabricantes os usuaacuterios eos organismos que intervecircm directa ou indirectamente no campo dainstrumentaccedilatildeo industrial

bull Faixa de medida (range )

Conjunto de valores da variaacutevel medida que estatildeo compreendidos dentro dolimite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissatildeo doinstrumento Expressa-se determinando os valores extremos

Exemplo

bull Alcance (span )

Eacute a diferenccedila algeacutebrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medidado instrumento

Exemplo

bull

ErroEacute a diferenccedila entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relaccedilatildeo

ao valor real da variaacutevel medida Se tivermos o processo em regimepermanente chamaremos de erro estaacutetico que poderaacute ser positivo ounegativo dependendo da indicaccedilatildeo do instrumento o qual poderaacute estarindicando a mais ou menos Quando tivermos a variaacutevel alterando seu valor aolongo do tempo teremos um atraso na transferecircncia de energia do meio para o

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983089983096

medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983088

projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983094

Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983091

Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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medidor O valor medido estaraacute geralmente atrasado em relaccedilatildeo ao valor realda variaacutevel Esta diferenccedila entre o valor real e o valor medido eacute chamada deerro dinacircmico

bull Exactidatildeo

Podemos definir como a aptidatildeo de um instrumento de mediccedilatildeo para darrespostas proacuteximas a um valor verdadeiro A exactidatildeo pode ser descrita detrecircs maneiras

Percentual do Fundo de Escala ( do FE)

Percentual do Span ( do span )

Percentual do Valor Lido ( do VL)

Exemplo Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250˚C e valor

medindo 100˚C determine o intervalo provaacutevel do valor real para as seguintes

condiccedilotildees

bull Rangeabilidade (largura de faixa)

Eacute a relaccedilatildeo entre o valor maacuteximo e o valor miacutenimo lidos com a mesmaexactidatildeo na escala de um instrumento

Exemplo

bull Zona Morta

Eacute a maacutexima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter sem que provoque alteraccedilatildeo

na indicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 200ordmC e uma zona morta de

bull Sensibilidade

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Eacute a miacutenima variaccedilatildeo que a variaacutevel pode ter provocando alteraccedilatildeo naindicaccedilatildeo ou sinal de saiacuteda de um instrumento

Exemplo Um instrumento com range de 0 a 500ordmC e com uma sensibilidade de

005 teraacute valor de

bull Histerese

Eacute o erro maacuteximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor emqualquer ponto da faixa de trabalho quando a variaacutevel percorre toda a escalanos sentidos ascendente e descendente Expressa-se em percentagem dospan do instrumento

Deve-se destacar que a expressatildeo zona morta estaacute incluiacuteda na histerese

Exemplo

bull Repetibilidade

Eacute a maacutexima diferenccedila entre diversas medidas de um mesmo valor da

variaacutevel adoptando sempre o mesmo sentido de variaccedilatildeo Expressa-se empercentagem do span do instrumento O termo repetibilidade natildeo inclui ahisterese

314 ndash Simbologia de instrumentaccedilatildeo

Com objectivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentosutilizados para representar as configuraccedilotildees utilizadas para representar asconfiguraccedilotildees das malhas de instrumentaccedilatildeo normas foram criadas emdiversos paiacuteses

No Brasil Associaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas (ABNT) atraveacutes de suanorma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de siacutembolos graacuteficos pararepresentaccedilatildeo dos diversos instrumentos e suas funccedilotildees ocupadas nas malhasde instrumentaccedilatildeo No entanto como eacute dada a liberdade para cada empresaestabelecerescolher a norma a ser seguida na elaboraccedilatildeo dos seus diversosdocumentos de projecto de instrumentaccedilatildeo outras satildeo utilizadas Assim devidoa sua maior abrangecircncia e actualizaccedilatildeo uma das normas mais utilizadas em

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983089

Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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projetos industriais no Brasil eacute a estabelecida pela ISA (Instrument Society ofAmerica)

A seguir seratildeo apresentadas as normas ABNT e ISA de forma resumida eque seratildeo utilizadas ao longo dos nossos trabalhos

3141 ndash Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) 31411 - Tipos de Conexotildees

1) Conexatildeo do processo ligaccedilatildeo mecacircnica ou suprimento ao instrumento

2) Sinal pneumaacutetico ou sinal indefinido para diagramas de processo

3) Sinal eleacutectrico

4) Tubo capilar (sistema cheio)

5) Sinal hidraacuteulico

6) Sinal eletromagneacutetico ou socircnico (sem fios)

31412 - Coacutedigo de Identificaccedilatildeo de Instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o

classifique funcionalmente (Tabela 2)

Como exemplo uma identificaccedilatildeo representativa eacute a seguinte

Identificaccedilatildeo Funcional Identificaccedilatildeo da Cadeia

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983094

Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Tabela de Identificaccedilatildeo do Significado das Letras

Multifunccedilatildeo indica que um uacutenico instrumento eacute capaz de exercer mais de umafunccedilatildeo

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983097

P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983094

Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Simbologia de Identificaccedilatildeo de Instrumentos de Campo e Painel

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bull Instrumentaccedilatildeo de Vazatildeo

Placa de orifiacutecio Medidor Venturi Tubo Pitot

bull Vaacutelvulas de Controlo

Vaacutelvula com actuador pneumaacutetico de diafragma

Vaacutelvula com actuador eleacutectrico (senoidal ou motor)

Vaacutelvula com actuador hidraacuteulico ou pneumaacutetico tipo pistatildeo

Vaacutelvula manual

Vaacutelvula auto-operada de diafragma

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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4 Mediccedilatildeo de Pressatildeo

41 Conceitos Baacutesicos

A pressatildeo entre todas as variaacuteveis de processo se ressalta pela suaimportacircncia pois diversas outras variaacuteveis satildeo medidas utilizando-se

indirectamente a pressatildeo como por exemplo vazatildeo esta variaacutevel pode sermedida utilizando a pressatildeo diferencial de uma placa de orifiacutecio com o fluxoatraveacutes da mesma O conceito sobre pressatildeo que iremos falar aqui eacutesuperficial trataremos dos princiacutepios baacutesicos e funcionamento dosinstrumentos comeccedilamos assim por manoacutemetros industrias vamos entatildeodefinir de forma simples o que eacute pressatildeo

A pressatildeo eacute definida como o quociente entre uma forccedila F e uma superfiacutecie deaacuterea A isto eacute

A unidade de forccedila Newton (N) eacute definida como

A partir dela eacute directamente derivada a unidade de pressatildeo pascal (Pa) assimdenominada em honra ao fiacutesico francecircs Blaise Pascal

Pressatildeo atmosfeacuterica Eacute a pressatildeo exercida pela atmosfera terrestre medidaem um baroacutemetro Ao niacutevel do mar esta pressatildeo eacute aproximadamente de 760mmHg

Pressatildeo Relativa Eacute a pressatildeo medida em relaccedilatildeo agrave pressatildeo atmosfeacutericatomada como unidade de referecircncia

Pressatildeo Absoluta Eacute a soma da pressatildeo relativa e atmosfeacuterica tambeacutem se dizque eacute medida a partir do vaacutecuo absoluto

Importante Ao se exprimir um valor de pressatildeo determinar se a pressatildeo eacuterelativa ou absoluta

Exemplo 3 Kgfcm2 ABS -Pressatildeo Absoluta

4 Kgfcm2 Pressatildeo Relativa

O fato de se omitir esta informaccedilatildeo na induacutestria significa que a maior parte dosinstrumentos mede pressatildeo relativa

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Pressatildeo Negativa ou Vaacutecuo Eacute quando um sistema tem pressatildeo relativamenor que a pressatildeo atmosfeacuterica

Pressatildeo diferencial Eacute a diferenccedila entre 2 pressotildees sendo representada pelosiacutembolo ∆Ρ Essa diferenccedila de pressatildeo normalmente eacute utilizada para se medirvazatildeo e niacutevel

Pressatildeo estaacutetica Eacute o peso exercido por um liacutequido em repouso ou que estejafluindo perpendicularmente a tomada de impulso por unidade de aacutereaexercida

Pressatildeo dinacircmica ou cineacutetica Eacute a pressatildeo exercida por um fluiacutedo emmovimento Eacute medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe oimpacto do fluxo

Relaccedilatildeo entre Tipos de Pressatildeo Medida

A figura abaixo mostra graficamente a relaccedilatildeo entre os trecircs tipos de pressatildeomedida

42 Unidades

A pressatildeo pode ser dada em qualquer unidade que expresse oquociente de uma forccedila por uma superfiacutecie ou altura de coluna de liquido depeso especifico conhecido na industria as unidades mais usadas para pressatildeo

satildeo

A unidade padronizada para expressar uma pressatildeo na maioria deinstalaccedilotildees eacute o bar

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983095

Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983096

Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983097

P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Na tabela abaixo apresentamos a conversatildeo das principais unidades depressatildeo em relaccedilatildeo ao bar

43 Manoacutemetro (Tubo de BOURDON)

O instrumento mais simples para se medir pressatildeo eacute o manoacutemetro quepode ter vaacuterios elementos sensiacuteveis e que podem ser utilizados tambeacutem portransmissores e controladores O manoacutemetro com tubo Bourdon consiste deum tubo com secccedilatildeo oval disposto na forma de arco de circunferecircncia tendouma extremidade fechada estando agrave outra aberta agrave pressatildeo a ser medidaCom a pressatildeo agindo em seu interior o tubo tende a tomar uma secccedilatildeo

circular resultando um movimento em sua extremidade fechada Essemovimento atraveacutes da engrenagem eacute transmitido a um ponteiro que vai indicaruma medida de pressatildeo Quanto agrave forma o tubo de Bourdon pode seapresentar nas seguintes formas tipo C espiral e helicoidal

Figura - Manoacutemetro de Bourdon

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Quanto ao formato o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintesformas tipo C espiral e helicoidal conforme a Figura abaixo

Com o avanccedilo da tecnologia os manoacutemetros de Bourdon helicoidal eespiral caiacuteram em desuso Devido ao baixo custo e agrave boa precisatildeo osmanoacutemetros de Bourdon tipo C apresentados na Figura adiante satildeo os mais

utilizados ateacute hoje nas induacutestrias Ao se aplicar uma pressatildeo superior agraveatmosfeacuterica o tubo muda seu formato para uma secccedilatildeo transversal maiscircular

Nos manoacutemetros que utilizam o Bourdon tipo C devido ao pequenomovimento realizado por sua extremidade livre quando submetida agrave pressatildeoem mediccedilatildeo eacute necessaacuteria a utilizaccedilatildeo de um mecanismo para amplificaccedilatildeodeste movimento Este mecanismo de amplificaccedilatildeo empregado nosmanoacutemetros eacute chamado de maacutequina Os materiais mais usados nos Bourdonssatildeo o accedilo-liga accedilo inoxidaacutevel ou bronze fosforoso que variam de acordo com

o tipo de produto a ser medido e satildeo recomendados pelo fabricante A faixa deaplicaccedilatildeo varia de 1kgfcm2 de vaacutecuo ateacute 2000kgfcm2 de sobrepressatildeo Porrecomendaccedilatildeo do fabricante a faixa da escala que possui maior precisatildeo demediccedilatildeo eacute a faixa compreendida entre 13 e 23 da escala

Manoacutemetro de Bourdon Tipo C

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Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983095

Muitas vezes o manoacutemetro do tipo Bourdon vem preenchido com umliquido viscoso com a finalidade diminuir o efeito oriundo de vibraccedilotildees damaacutequina ou linha de pressatildeo onde estaacute instalado o manoacutemetro

Manoacutemetro Preenchido com Glicerina

431 Acessoacuterios

Pode se ter ainda vaacuterios acessoacuterios para utilizaccedilatildeo com os manoacutemetrosindustriais estes acessoacuterios satildeo utilizados para fins de amortecimento da linha

vaacutelvulas de dreno e sangria vaacutelvulas de equalizaccedilatildeo de pressatildeo observe nafoto a baixo exemplos de acessoacuterios

44 Membrana ou Diafragma

Eacute constituiacutedo por um disco de material elaacutestico (metaacutelico ou natildeo) fixopela borda Uma haste fixa ao centro do disco estaacute ligada a um mecanismo deindicaccedilatildeo Quando uma pressatildeo eacute aplicada a membrana se desloca e essedeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada O diafragma geralmente eacuteondulado ou corrugado para aumentar sua aacuterea efectiva

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983096

Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983090983097

P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983156983157983138983151 983145983150983139983148983145983150983137983140983151 983117983137983150983283983149983141983156983154983151 983140983141 983122983141983155983141983154983158983137983156983283983154983145983151

5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983091

Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Na foto abaixo apresentamos um manoacutemetro tipo diafragma

45 Fole

O fole eacute tambeacutem muito empregado na mediccedilatildeo de pressatildeo Ele eacutebasicamente um cilindro metaacutelico corrugado ou sanfonado Quando umapressatildeo eacute aplicada no interior do fole provoca sua distensatildeo e como ela temque vencer a flexibilidade do material e a forccedila de oposiccedilatildeo da mola odeslocamento eacute proporcional agrave pressatildeo aplicada agrave parte interna

46 Coluna de Liacutequido

Consiste basicamente num tubo de vidro contendo certa quantidade deliacutequido fixado a uma base com uma escala graduada a coluna podem serbasicamente de trecircs tipos coluna recta vertical recta inclinada e em forma deU os liacutequidos mais utilizados nas colunas satildeo aacutegua (normalmente com umcorante) e mercuacuterio quando se aplica uma pressatildeo na coluna o liacutequido eacutedeslocado sendo que este deslocamento eacute proporcional a pressatildeo aplicada

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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P1 = Px + gH2OL + gHgh

P2 = Py + gH2O(h + L) P1 = P2

Px + gH2OL + gHgh = Py + gH2O(h+ L) = Py + gH2Oh + gH2OL Py = 0

Px = gH2Oh - gHgh

h = Px (gH2O - gHg)

Num corpo continuo de liquido estaacutetico a intensidade de pressatildeo crescedirectamente com a profundidade medida a partir da superfiacutecie livre a pressatildeode fluido actua perpendicularmente a todas as superfiacutecies com as quais estaacuteem contacto em qualquer ponto interno do fluido a pressatildeo tem a mesmaintensidade em todas direcccedilotildees e sentidos esta pressatildeo eacute transmitida deformainstantacircnea e integral a todos os pontos do liquido esta propriedade eacutecaracterizada em nossa prensa de linha

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5 Mediccedilatildeo de Temperatura

O objectivo de se medir e controlar as diversas variaacuteveis fiacutesicas emprocessos industriais eacute obter produtos de alta qualidade com melhorescondiccedilotildees de rendimento e seguranccedila a custos compatiacuteveis com asnecessidades do mercado consumidorNos diversos segmentos de mercado seja eles quiacutemicos petroquiacutemicosideruacutergico ceracircmico farmacecircutico vidreiro alimentiacutecio papel e celulosehidroeleacutectrico nuclear entre outros a monitorizaccedilatildeo da variaacutevel temperatura eacutefundamental para a obtenccedilatildeo do produto final especificado

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Termometria significa Mediccedilatildeo de Temperatura Eventualmente otermo Piroacutemetria eacute tambeacutem aplicado com o mesmo significado poreacutembaseando-se na etimologia das palavras podemos definir

PIROMETRIA - Mediccedilatildeo de altas temperaturas na faixa onde os efeitos deradiaccedilatildeo teacutermica passam a se manifestar

CRIOMETRIA - Mediccedilatildeo de baixas temperaturas ou seja aquelas proacuteximas aozero absoluto de temperatura

TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto a Piroacutemetriacomo a Criometria que seriam casos particulares de mediccedilatildeo

bull TEMPERATURA E CALOR

Todas as substacircncias satildeo constituiacutedas de pequenas partiacuteculas as

moleacuteculas que se encontram em contiacutenuo movimento Quanto mais raacutepido omovimento das moleacuteculas mais quente se apresenta o corpo e quanto maislento mais frio se apresenta o corpo Entatildeo define-se temperatura como o graude agitaccedilatildeo teacutermica das moleacuteculas

Na praacutetica a temperatura eacute representada em uma escala numeacutericaonde quanto maior o seu valor maior eacute a energia cineacutetica meacutedia dos aacutetomosdo corpo em questatildeo

Outros conceitos que se confundem agraves vezes com o de temperatura satildeo

Energia Teacutermica Calor

A Energia Teacutermica de um corpo eacute a somatoacuteria das energias cineacuteticas dos seusaacutetomos e aleacutem de depender da temperatura depende tambeacutem da massa e dotipo de substacircncia

O Calor eacute energia em tracircnsito ou a forma de energia que eacute transferida atraveacutesda fronteira de um sistema em virtude da diferenccedila de temperatura

Ateacute o final do seacuteculo XVI quando foi desenvolvido o primeiro dispositivopara avaliar temperatura os sentidos do nosso corpo foram os uacutenicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estavamais quente ou frio do que um outro apesar da inadequaccedilatildeo destes sentidossob ponto de vista cientiacutefico

A literatura geralmente reconhece trecircs meios distintos de transmissatildeo decalor conduccedilatildeo radiaccedilatildeo e convenccedilatildeo

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983094

Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Conduccedilatildeo

A conduccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de uma regiatildeo de altatemperatura para outra de temperatura mais baixa dentro de um meio soacutelidoliacutequido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto fiacutesico directo

Radiaccedilatildeo

A radiaccedilatildeo eacute um processo pelo qual o calor flui de um corpo de altatemperatura para um de baixa quando os mesmos estatildeo separados noespaccedilo ainda que exista um vaacutecuo entre eles

Convenccedilatildeo

A convenccedilatildeo eacute um processo de transporte de energia pela acccedilatildeo combinadada conduccedilatildeo de calor armazenamento de energia e movimento da mistura Aconvenccedilatildeo eacute mais importante como mecanismo de transferecircncia de energia( calor ) entre uma superfiacutecie soacutelida e um liacutequido ou gaacutes

51 ESCALAS DE TEMPERATURA

Desde o iniacutecio da termometria os cientistas pesquisadores e fabricantes determoacutemetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada agravetemperatura por meio de escalas reproduziacuteveis como existia na eacutepoca paraPeso Distacircncia Tempo

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Ceacutelsius

A escala Fahrenheit eacute definida actualmente com o valor 32 no ponto de fusatildeodo gelo e 212 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre estes doispontos eacute dividido em 180 partes iguais e cada parte eacute um grau Fahrenheit

A escala Ceacutelsius eacute definida actualmente com o valor zero no ponto de fusatildeodo gelo e 100 no ponto de ebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo entre os dois pontosestaacute dividido em 100 partes iguais e cada parte eacute um grau Ceacutelsius Adenominaccedilatildeo grau centiacutegrado utilizada anteriormente no lugar de GrauCeacutelsius natildeo eacute mais recomendada devendo ser evitado o seu uso

Tanto a escala Ceacutelsius como a Fahrenheit satildeo relativas ou seja os seusvalores numeacutericos de referecircncia satildeo totalmente arbitraacuterios

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substacircncia atingimosum ponto limite aleacutem do qual eacute impossiacutevel ultrapassar pela proacutepria definiccedilatildeo detemperatura Este ponto onde cessa praticamente todo movimento atoacutemico eacuteo zero absoluto de temperatura

Atraveacutes da extrapolaccedilatildeo das leituras do termoacutemetro agrave gaacutes pois os gases seliquefazem antes de atingir o zero absoluto calculou-se a temperatura desteponto na escala Ceacutelsius em -27315degC

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983090

Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983089

Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983095

Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983096

Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Existem escalas absolutas de temperatura assim chamadas porque o zerodelas eacute fixado no zero absoluto de temperatura

Existem duas escalas absolutas actualmente em uso a Escala Kelvin e aRankine

A Escala Kelvin possui a mesma divisatildeo da Ceacutelsius isto eacute um grau Kelvin eacute

igual agrave um grau Ceacutelsius poreacutem o seu zero se inicia no ponto de temperaturamais baixa possiacutevel 27315 graus abaixo do zero da Escala Ceacutelsius

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvinporeacutem sua divisatildeo eacute idecircntica agrave da Escala Fahrenheit A representaccedilatildeo dasescalas absolutas eacute anaacuteloga agraves escalas relativas Kelvin ==gt 400K (sem osiacutembolo de grau deg ) Rankine ==gt 785R

A Escala Fahrenheit eacute usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidosda Ameacuterica poreacutem seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius deaceitaccedilatildeo universal

A Escala Kelvin eacute utilizada nos meios cientiacuteficos no mundo inteiro e deve

substituir no futuro a escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit

Existe uma outra escala relativa a Reamur hoje jaacute praticamente em desusoEsta escala adopta como zero o ponto de fusatildeo do gelo e 80 o ponto deebuliccedilatildeo da aacutegua O intervalo eacute dividido em oitenta partes iguais(Representaccedilatildeo - degRe)

bull CONVERSAtildeO DE ESCALAS

A figura agrave seguir compara as escalas de temperaturas existentes

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983093

Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Desta comparaccedilatildeo podemos retirar algumas relaccedilotildees baacutesicas entre as escalas

Outras relaccedilotildees podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si

ExemploO ponto de ebuliccedilatildeo do oxigeacutenio eacute -18286degC Exprimir esta temperatura em

a) degC p K

b) degC p degF

c) degC p R

52 NORMAS

Com o desenvolvimento tecnoloacutegico diferente em diversos paiacuteses criou-seuma seacuterie de normas e padronizaccedilotildees cada uma atendendo uma dada regiatildeoAs mais importantes satildeo

1 ANSI - AMERICANA2 DIN - ALEMAtilde3 JIS ndash JAPONESA4 BS - INGLESA5 UNI - ITALIANA

Para atender as diferentes especificaccedilotildees teacutecnicas na aacuterea da termometriacada vez mais se somam os esforccedilos com o objectivo de unificar estas normasPara tanto a Comissatildeo Internacional Electroteacutecnica - IEC vem desenvolvendoum trabalho junto aos paiacuteses envolvidos neste processo normativo natildeosomente para obter normas mais completas e aperfeiccediloadas mas tambeacutem deprover meios para a internacionalizaccedilatildeo do mercado de instrumentaccedilatildeo relativo

a termopares como um dos participantes desta comissatildeo o Brasil atraveacutes daAssociaccedilatildeo Brasileira de Normas Teacutecnicas - ABNT estaacute tambeacutem directamenteinteressado no desdobramento deste assunto e vem adoptando taisespecificaccedilotildees como Normas Teacutecnicas Brasileiras Os elementos etransmissores de temperatura tecircm como funccedilatildeo transmitir a temperatura doprocesso para uma sala de controlo ou sistema de controlo

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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23 Classes dos instrumentos de mediccedilatildeo de temperatura

1a Classe Satildeo instrumentos em que o sensor estaacute em contacto com o meioou corpo que queremos medir6 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido7 Termoacutemetros agrave par termo eleacutectrico

8 Termoacutemetros agrave resistecircncia eleacutectrica9 Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de liacutequido ou gaacutes

2a Classe O elemento sensiacutevel natildeo estaacute em contacto com o meio ou o corpoque queremos medir

bull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo totalbull Piroacutemetros de radiaccedilatildeo parcial (monocromaacuteticos)

Termoacutemetros agrave dilataccedilatildeo de soacutelido bimetaacutelico

O princiacutepio de funcionamento eacute a dilataccedilatildeo linear dos metais quandoesses submetidos ao calor cada metal possui um determinado coeficiente dedilataccedilatildeo linear O termoacutemetro bimetaacutelico eacute formado por uma lacircmina compostade dois metais diferentes Os coeficientes de dilataccedilatildeo linear dos dois metaissatildeo diferentes e quando ocorre o aquecimento da barra a dilataccedilatildeo linear dosmetais natildeo sendo iguais faz com que a lacircmina se curve Esse encurvamentoda lacircmina eacute proporcional agrave temperatura aplicada na barra

Figura - bimetaacutelico

Para aumentar a sensibilidade da lacircmina os termoacutemetros satildeoconstruiacutedos com lacircminas em formatos variados Baseia-se no fenoacutemeno dadilataccedilatildeo linear dos metais com a temperatura

Sendo

onde

Lo ndash comprimento do metal a temperatura inicial de referecircnciaLt ndash comprimento do metal a temperatura final Α ndash coeficiente de dilataccedilatildeo linear

O termoacutemetro bimetaacutelico consiste em duas lacircminas de metais comcoeficientes de dilataccedilatildeo diferentes sobrepostas formando uma soacute peccedila

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983096

Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983089

Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Variando-se a temperatura do conjunto observa-se um encurvamento que eacuteproporcional a temperatura Na praacutetica a lacircmina bimetaacutelica eacute enrolada emforma de espiral ou heacutelice o que aumenta bastante a sensibilidade

Figura n- Bimetaacutelico Helicoidal

O termoacutemetro mais usado eacute o de lacircmina helicoidal e consiste em umtubo bom condutor de calor no interior do qual eacute fixado um eixo que por suavez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala Normalmente usa -se o invar (accedilo com 64 Fe e 36 Ni) com baixo coeficiente de dilataccedilatildeo e olatatildeo como metal de alto coeficiente de dilataccedilatildeo A faixa de trabalho dostermoacutemetros bimetaacutelicos vai aproximadamente de -50 a 800˚C sendo suaescala bastante linear Possui exactidatildeo na ordem de +- 1

Figura n ndash Outras Formas do bimetaacutelico

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983095

No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983089

Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Termoacutemetros ao par termoeleacutectrico

Muito utilizado para mediccedilatildeo de temperaturas acima de 200 grausCelsius o princiacutepio de funcionamento eacute baseado na descoberta do Fiacutesicoalematildeo Seeback que observou uma diferenccedila de potencial entre a junccedilatildeo dedois metais diferentes Nessa experiecircncia Seeback utilizou uma buacutessola

sensiacutevel ao campo magneacutetico criado pela corrente no circuito do termopar

Termoacutemetro a dilataccedilatildeo de liacutequido

Os termoacutemetros de dilataccedilatildeo de liacutequidos baseia-se na lei de expansatildeovolumeacutetrica de um liacutequido com a temperatura dentro de um recipiente fechadoA equaccedilatildeo que rege esta relaccedilatildeo eacute

Ondet ndash temperatura do liquido em degC Vo ndash volume do liquido a temperatura inicial de referenciaVt ndash volume do liquido a temperatura finalβ1 β2 β3 ndash coeficiente de expansatildeo do liquido em degC -1

Teoricamente esta relaccedilatildeo natildeo eacute linear poreacutem como os termos desegunda e terceira ordem satildeo despreziacuteveis na praacutetica consideramos linearesE daiacute

Os tipos podem variar conforme sua construccedilatildeobull Recipiente de vidro transparentebull Recipiente metaacutelico

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente de vidro eacute constituiacutedo deum reservatoacuterio cujo tamanho depende da sensibilidade desejada soldada a

um tubo capilar de secccedilatildeo mais uniforme possiacutevel fechado na parte superiorO reservatoacuterio e parte do capilar satildeo preenchidos de um liacutequido Na partesuperior do capilar existe um alargamento que protege o termoacutemetro no casode a temperatura ultrapassar seu limite maacuteximo Apoacutes a calibraccedilatildeo a parededo tubo capilar eacute graduada em graus ou fracccedilotildees deste a mediccedilatildeo detemperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo dacoluna liacutequida Os liacutequidos mais usados satildeo Mercuacuterio Tolueno Aacutelcool eAcetona nos termoacutemetros industriais o bulbo de vidro eacute protegido por um poccedilometaacutelico e o tubo capilar por um invoacutelucro metaacutelico

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

983124983089983084 983124983090983084 983124983150 991251 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155

Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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No termoacutemetro de mercuacuterio pode-se elevar o limite maacuteximo ateacute 550OCinjectando-se gaacutes inerte sob pressatildeo evitando a vaporizaccedilatildeo do mercuacuterio porser fraacutegil e impossiacutevel registar sua indicaccedilatildeo ou transmiti-la agrave distacircncia o usodeste termoacutemetro eacute mais comum em laboratoacuterios ou em induacutestrias com autilizaccedilatildeo de uma protecccedilatildeo metaacutelica

Termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido em recipiente metaacutelico Nestetermoacutemetro o liacutequido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumentode temperatura se dilata deformando um elemento extensiacutevel (sensorvolumeacutetrico)

Termoacutemetros a pressatildeo de gaacutes

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983091983097

Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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983113983118983123983124983113983124983125983124983119 983117983241983108983113983119 983113983118983108983125983123983124983122983113983105983116 983108983109 983116983125983105983118983108983105 991251 983113983150983155983156983154983157983149983141983150983156983137983271983267983151 983141 983107983151983150983156983154983151983148983151 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983148

983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983088

O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Fisicamente idecircntico ao termoacutemetro de dilataccedilatildeo de liacutequido consta deum bulbo elemento de mediccedilatildeo e capilar de ligaccedilatildeo entre estes doiselementos O volume do conjunto eacute constante e preenchido com um gaacutes a altapressatildeo Com a variaccedilatildeo da temperatura o gaacutes varia sua pressatildeo conformeaproximadamente a lei dos gases perfeitos com o elemento de mediccedilatildeooperando como medidor de pressatildeo A Lei de Gay-Lussac expressa

matematicamente este conceito

Onde983120983089983084 983120983090983084 983120983150 991251 983152983154983141983155983155983285983141983155 983137983138983155983151983148983157983156983137983155 983154983141983148983137983156983145983158983137983155 983264983155 983156983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137983155

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Observa-se que as variaccedilotildees de pressatildeo satildeo linearmente dependentes datemperatura sendo o volume constante desta forma podemos expressar apressatildeo como sendo tambeacutem

O gaacutes mais utilizado eacute o N2 e geralmente eacute pressurizado com umapressatildeo de 20 a 50 atm na temperatura miacutenima a medir Sua faixa demediccedilatildeo vai de -100 a 600˚C sendo o limite inferior devido agrave proacutepriatemperatura criacutetica do gaacutes e o superior proveniente do recipiente apresentarmaior permeabilidade ao gaacutes nesta temperatura o que acarretaria sua perdainutilizando o termoacutemetro

Tipos de gaacutes de enchimento

Termoacutemetro agrave pressatildeo de vapor

Sua construccedilatildeo eacute bastante semelhante ao de dilataccedilatildeo de liacutequidosbaseando o seu funcionamento na Lei de Dalton ldquoA pressatildeo de vapor saturado

depende somente de sua temperatura e natildeo de seu volume portanto paraqualquer variaccedilatildeo de temperatura haveraacute uma variaccedilatildeo na tensatildeo de vapor dogaacutes liquefeito colocado no bulbo do termoacutemetro e em consequecircncia disto umavariaccedilatildeo na pressatildeo dentro do capilar A relaccedilatildeo existente entre tensatildeo devapor de um liacutequido e sua temperatura eacute do tipo logariacutetmica e pode sersimplificada para pequenos intervalos de temperatura em

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Figura n ndash Termoacutemetros a pressatildeo de vapor

A tabela a seguir mostra os liacutequidos mais utilizados e seus pontos de fusatildeo e

ebuliccedilatildeo

Termopares

Um termopar consiste de dois condutores metaacutelicos de naturezadistinta na forma de metais puros ou de ligas homogeacuteneas Os fios satildeosoldados em um extremo ao qual se daacute o nome de junta quente ou junta demediccedilatildeo A outra extremidade dos fios eacute levada ao instrumento de mediccedilatildeo defem (forccedila electromotriz) fechando um circuito eleacutectrico por onde flui acorrente O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam aoinstrumento de mediccedilatildeo eacute chamado de junta fria ou de referecircncia

Figura n ndash Termopar

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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O aquecimento da junccedilatildeo de dois metais gera o aparecimento de umafem Este princiacutepio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizaccedilatildeo determopares para a mediccedilatildeo de temperatura Nas aplicaccedilotildees praacuteticas otermopar apresenta-se normalmente conforme a figura acima O sinal de femgerado pelo gradiente de temperatura (∆t) existente entre as juntas quente efria seraacute de um modo geral indicado registado ou transmitido

A mediccedilatildeo de temperatura com o termopar consiste em medir a mili-voltagem gerada pela junta de mediccedilatildeo (junta quente extremidade do termoparque estaacute em contacto com a temperatura que se deseja medir)

No termopar a diferenccedila de potencial desenvolvida eacute uma funccedilatildeo dadiferenccedila de temperatura das duas juntas A diferenccedila de potencial medida naextremidade oposta agrave junta de mediccedilatildeo portanto natildeo representa a tensatildeo realda junta de mediccedilatildeo e sim a diferenccedila da junta de mediccedilatildeo e a junta dereferecircncia Para isso eacute preciso conhecer a temperatura da junta de referecircnciaou mantecirc-la controlada para se obter a tensatildeo real do termopar Essa tensatildeo eacuteconvertida em um sinal padratildeo que indicaraacute a temperatura na junta demediccedilatildeo Actualmente circuitos electroacutenicos jaacute compensam essa temperaturaautomaticamente Em instrumentos mais antigos havia um moacutedulo somente

para controlar a temperatura

da junta de referecircncia Os termopares podem serconstruiacutedos nas oficinas da induacutestria por instrumentista ou podem sercomprados jaacute prontos para serem utilizados nos processos Dependendo decada necessidade a escolha seraacute feita para se obter uma condiccedilatildeo segura noprocesso e o melhor custo benefiacutecio

Figura n - Termopar com Isolaccedilatildeo Mineral

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Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983092

Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983089

Efeito termoeleacutectrico de Seebeck

O fenoacutemeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por TJSeebeck quando ele notou que em um circuito fechado formado por doiscondutores diferentes A e B ocorre uma circulaccedilatildeo de corrente enquanto existirum diferenccedila de temperatura ∆t entre as suas junccedilotildees Denominamos a junta

de mediccedilatildeo de Tm e a outra junta de referecircncia de Tr A existecircncia de umafem teacutermica AB no circuito eacute conhecida como efeito Seebeck Quando atemperatura da junta de referecircncia eacute mantida constante verifica-se que a femteacutermica eacute uma funccedilatildeo da temperatura Tm da junccedilatildeo de teste Este fato permiteutilizar um par termoeleacutectrico como um termoacutemetro

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que o electratildeo livre de um metaldifere de um condutor para outro e depende da temperatura Quando doiscondutores diferentes satildeo conectados para formar duas junccedilotildees e estas satildeomantidas a diferentes temperaturas a difusatildeo dos electrotildees nas junccedilotildees seproduz a ritmos diferentes

Tipos e Caracteriacutesticas dos Termopares

Existem vaacuterias combinaccedilotildees de 2 metais condutores operando como

termopares As combinaccedilotildees de fios devem possuir uma relaccedilatildeorazoavelmente linear entre temperatura e fem devem desenvolver uma fempor grau de mudanccedila de temperatura que seja detectaacutevel pelos equipamentosnormais de mediccedilatildeo Foram desenvolvidas diversas combinaccedilotildees de pares deLigas Metaacutelicas desde os mais corriqueiros de uso industrial ateacute os maissofisticados para uso especial ou restrito a laboratoacuterio essas combinaccedilotildeesforam feitas de modo a se obter uma alta potecircncia termoeleacutectrica aliando-seainda as melhores caracteriacutesticas como homogeneidade dos fios e resistecircnciaa corrosatildeo na faixa de utilizaccedilatildeo assim cada tipo de termopar tem uma faixade temperatura ideal de trabalho que deve ser respeitada para que se tenha amaior vida uacutetil do mesmo Podemos dividir os termopares em trecircs grupos asaber

bull Termopares Baacutesicosbull Termopares Nobresbull Termopares Especiais

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983090

Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983092983091

Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Tipos de Termopares

Tipo T - TERMOPARES DE COBRE CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Cobre (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel

eacute conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Resistentes a corrosatildeo em atmosferas huacutemidas e satildeo

adequados para mediccedilotildees de temperaturas abaixo de zero Eacute resistenteagrave atmosfera oxidante (excesso de Oxigeacutenio) redutoras (rica emHidrogeacutenio monoacutexido de Carbono) inertes (neutras) na faixa de -200 a350ordmC

bull Faixa de trabalho - -200 a 350 ordmCbull Aplicaccedilatildeo Eacute adequado para trabalhar em faixas de temperatura abaixo

de 0ordmC encontradas em sistemas de refrigeraccedilatildeo faacutebrica de O2 etcbull Identificaccedilatildeo da polaridade Cobre (+) eacute avermelhado e o

CobreNiacutequel (-) natildeo

Tipo J - TERMOPARES DE FERROCONSTANTANbull Composiccedilatildeo Ferro (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio negativo Cobre-Niacutequel eacute

conhecido comercialmente como Constantanbull Caracteriacutesticas Adequados para uso no vaacutecuo atmosferas oxidantes

redutoras e inertes Acima de 540ordmC a taxa de oxidaccedilatildeo do ferro eacuteraacutepida e recomenda-se o uso de tubo de protecccedilatildeo para prolongar a vidauacutetil do elemento Embora possa trabalhar em temperaturas abaixo de0ordmC deve-se evitar quando houver possibilidade de condensaccedilatildeocorroendo o ferro e possibilitando a quebra do fio de ferro Natildeo deve serusado em atmosferas sulfurosas (conteacutem enxofre) acima de 540ordmC Ouso em temperaturas abaixo de zero natildeo eacute recomendado devido agraveraacutepida oxidaccedilatildeo e quebra do elemento de ferro tornando seu uso emtemperaturas negativo menor que o tipo T Devido agrave dificuldade de

obtenccedilatildeo de fios de ferro com alto teor de pureza o tipo J tem baixocusto e eacute o mais utilizado industrialmentebull Aplicaccedilatildeo Induacutestrias em geral ateacute 750ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Ferro (+) eacute magneacutetico e o Cobre (-) natildeo

Tipo E - TERMOPARES DE CROMEL CONSTANTANbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+) Cobre-Niacutequel (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o fionegativo Cobre Niacutequel como Constantan

bull Caracteriacutesticas Podem ser utilizados em atmosferas oxidantes einertes Em atmosferas redutoras alternadamente oxidante e redutora eno vaacutecuo natildeo devem ser utilizados pois perdem suas caracteriacutesticas

termoeleacutectricas Adequado para o uso em temperaturas abaixo de zerodesde que natildeo sujeito agrave corrosatildeo em atmosferas huacutemidas Apresenta amaior geraccedilatildeo mVordmC (potecircncia termoeleacutectrica) do que todos os outrostermopares tornando-se uacutetil na detecccedilatildeo de pequenas alteraccedilotildees detemperatura

bull Aplicaccedilatildeo Uso geral ateacute 900ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade O Niacutequel-Cromo (+) eacute mais duro que o

Cobre-Niacutequel (-)

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Tipo K - TERMOPARES DE CHROMEL ALUMELbull Composiccedilatildeo Niacutequel-Cromo (+)Niacutequel-Alumiacutenio (-) O fio positivo de

Niacutequel-Cromo eacute conhecido comercialmente como Chromel e o negativoCromo-Alumiacutenio como Alumel O Alumel eacute uma liga de Niacutequel AlumiacutenioManganecircs e Siliacutecio

bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendaacuteveis para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho Por sua resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo satildeomelhores que os tipos T J E e por isso satildeo largamente usados emtemperaturas acima de 540ordmC Ocasionalmente podem ser usados emtemperaturas abaixo de zero grau

bull Natildeo devem ser utilizados em

1) Atmosferas redutoras ou alternadamente oxidante e redutora2) Atmosferas sulfurosas pois o enxofre ataca ambos os fios e causa raacutepidaferrugem e quebra dos elementos3) Vaacutecuo excepto por curtos periacuteodos de tempo pois o Cromo do elementopositivo pode vaporizar-se causando erro no sinal do sensor (descalibraccedilatildeo)

4) Atmosferas que facilitem a corrosatildeo chamada de ldquogreen rootrdquo Green rootoxidaccedilatildeo verde ocorre quando a atmosfera ao redor do termopar possui poucooxigeacutenio como por exemplo dentro de um tubo de protecccedilatildeo longo depequeno diacircmetro e natildeo ventilado O green-root pode ser minimizadoaumentando o fornecimento de oxigeacutenio atraveacutes do uso de um tubo deprotecccedilatildeo de maior diacircmetro ou usando um tubo ventilado Outro modo eacutediminuir a percentagem de oxigeacutenio para um valor abaixo da qualproporcionaraacute corrosatildeo Isto eacute feito inserindo-se dentro do tubo um ldquogetterrdquo ouelemento que absorve oxigeacutenio e vedando-se o tubo O ldquogetterrdquo pode ser porexemplo uma pequena barra de titacircnio

bull Aplicaccedilatildeo Eacute o mais utilizado na induacutestria em geral devido a sua grande

faixa de actuaccedilatildeo ateacute 1200ordmCbull Identificaccedilatildeo da polaridade Niacutequel-cromo (+) natildeo atrai iacutematilde e o Niacutequel-Alumiacutenio (-) levemente magneacutetico

Tipo N - TERMOPARES DE NICROSIL - NISILbull Composiccedilatildeo Niacutequel 142-Cromo 14-Siliacutecio (+) Niacutequel 44-

Siliacutecio01-Magneacutesio (-) Desenvolvido na Austraacutelia este termopar foiaprovado mundialmente estando inclusive normalizado pela ASTM(American Society for Testing and Materials) NIST (Antigo NBS-National Bureau of Standard) e ABNT

Estaacute se apresentando como substituto do termopar tipo de -200 a1200ordmC possui uma potecircncia termoeleacutectrica menor em relaccedilatildeo ao tipo

K poreacutem uma maior estabilidade excelente resistecircncia agrave corrosatildeo emaior vida uacutetil Resiste tambeacutem ao ldquogreen-rootrdquo e seu uso natildeo eacuterecomendado no vaacutecuo

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Tipo SR - TERMOPARES DE ROacuteDIO - PLATINAbull Tipo S Composiccedilatildeo Platina 90 - Roacutedio 10 (+) Platina (-)bull Tipo R Composiccedilatildeo Platina 97 - Roacutedio 13 (+) Platina (-)bull Caracteriacutesticas Satildeo recomendados para uso em atmosferas oxidantes

ou inertes no seu range de trabalho O uso contiacutenuo em altastemperaturas causa excessivo crescimento de gratildeo podendo resultar

em falha mecacircnica do fio de Platina (quebra de fio) e tornar os fiossusceptiacuteveis agrave contaminaccedilatildeo causando reduccedilatildeo da FEM geradaMudanccedilas na calibraccedilatildeo tambeacutem satildeo causadas pela difusatildeo ouvolatilizaccedilatildeo do Roacutedio do elemento positivo para o fio de Platina pura doelemento negativo Todos estes efeitos tendem a causarheterogeneidades que influenciam na curva caracteriacutestica do sensor Ostipos S e R natildeo devem ser usados no vaacutecuo em atmosferas redutorasou atmosferas com vapores metaacutelicos a menos que bem protegidos comtubos protectores e isoladores ceracircmicos de alumina e quando se usatubo de protecccedilatildeo de Platina (tubete) que por ser do mesmo materialnatildeo contamina os fios e daacute protecccedilatildeo necessaacuteria aos elementosApresentam grande precisatildeo e estabilidade em altas temperaturas

sendo utilizados como sensor padratildeo na calibraccedilatildeo de outrostermopares A diferenccedila baacutesica entre o tipo R e S estaacute na diferenccedila dapotecircncia termoeleacutectrica o tipo R gera um sinal aproximadamente 11maior que o tipo S

bull Aplicaccedilatildeo Processos com temperaturas elevadas ou onde eacute exigidagrande precisatildeo como induacutestrias de vidro induacutestrias sideruacutergicas etc

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Os fios positivos de Platina-Roacutedio 10 ePlatina-Roacutedio 13 satildeo mais duros que o fio de platina (-)

Tipo B - TERMOPARES DE PLATINA- ROacuteDIO PLATINA - ROacuteDIObull

Composiccedilatildeo Platina 70-Roacutedio 30 (+) Platina 94-Roacutedio 6 (-)bull Caracteriacutesticas Seu uso eacute recomendado para atmosferas oxidantes einertes tambeacutem adequado para curtos periacuteodos no vaacutecuo Natildeo deve seraplicado em atmosferas redutoras nem as que contem vaporesmetaacutelicos requerendo tubo de protecccedilatildeo ceracircmico como o tipo R e S Otipo B possui maior resistecircncia mecacircnica que os tipos R e S Suapotecircncia termoeleacutectrica eacute baixiacutessima em temperaturas de ateacute 50ordmC osinal eacute quase nulo Natildeo necessita de cabo compensado para suainterligaccedilatildeo Satildeo utilizados cabos de cobre comum (ateacute 50ordmC)

bull Aplicaccedilatildeo Utilizado em industrias no qual o processo exige altastemperaturas

bull Identificaccedilatildeo da polaridade Platina 70-Roacutedio 30 (+) eacute mais duro

que o Platina 94-Roacutedio

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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24 Termopar de Isolaccedilatildeo Mineral

O termopar de isolaccedilatildeo mineral eacute constituiacutedo de um ou dois parestermoeleacutectricos envolvidos por um poacute isolante de oacutexido de magneacutesioaltamente compactado em uma bainha externa metaacutelica Devido a estaconstruccedilatildeo os condutores do par termoeleacutectrico ficam totalmente protegidos

contra a atmosfera exterior consequentemente a durabilidade do termopardepende da resistecircncia a corrosatildeo da sua bainha e natildeo da resistecircncia acorrosatildeo dos condutores Em funccedilatildeo desta caracteriacutestica a escolha do materialda bainha eacute factor importante na especificaccedilatildeo destes

Vantagens dos termopares de isolaccedilatildeo mineral

Estabilidade Na Forccedila Electromotriz A estabilidade da FEM dotermopar eacute caracterizada em funccedilatildeo dos condutores estarem completamenteprotegidos contra a accedilatildeo de gases e outras condiccedilotildees ambientais quenormalmente causam oxidaccedilatildeo e consequentemente perda da FEM gerada

Resistecircncia Mecacircnica O poacute muito bem compactado contido dentro dabainha metaacutelica manteacutem os condutores uniformemente posicionadospermitindo que o cabo seja dobrado achatado torcido ou estirado suportepressotildees externas e choque teacutermico sem qualquer perda das propriedades

termoeleacutectricasDimensatildeo Reduzida O processo de fabricaccedilatildeo permite a produccedilatildeo de

termopares de isolaccedilatildeo mineral com bainhas de diacircmetro externo ateacute 10 mmpermitindo a medida de temperatura em locais que natildeo eram anteriormentepossiacuteveis com termopares convencionais

Impermeabilidade A Aacutegua Oacuteleo E Gaacutes A bainha metaacutelica assegura aimpermeabilidade do termopar a aacutegua oacuteleo e gaacutes

Facilidade de Instalaccedilatildeo A maleabilidade do cabo a sua pequenadimensatildeo longo comprimento grande resistecircncia mecacircnica asseguramfacilidade de instalaccedilatildeo mesmo nas situaccedilotildees mais difiacuteceis

Adaptabilidade A construccedilatildeo do termopar de isolaccedilatildeo mineral permiteque o mesmo seja tratado como se fosse um condutor soacutelido Em sua capametaacutelica podem ser montados acessoacuterios por soldagem ou brasagem equando necessaacuterio sua seccedilatildeo pode ser reduzida ou alterada em suaconfiguraccedilatildeo

Resposta Mais Raacutepida A pequena massa e a alta condutividadeteacutermica do poacute de oacutexido de magneacutesio proporcionam ao termopar de isolaccedilatildeomineral um tempo de resposta que eacute virtualmente igual ao de um termopardescoberto de dimensatildeo equivalente

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Resistecircncia a Corrosatildeo As bainhas podem ser seleccionadasadequadamente para resistir ao ambiente corrosivo

Resistecircncia de Isolaccedilatildeo Elevada O termopar de isolaccedilatildeo mineral temuma resistecircncia de isolaccedilatildeo elevada numa vasta gama de temperaturas aqual pode ser mantida sob condiccedilotildees mais huacutemidas

Blindagem Electrostaacutetica A bainha do termopar de isolaccedilatildeo mineral

devidamente aterrada oferece uma perfeita blindagem electrostaacutetica ao partermoeleacutectrico

3 NIacuteVEL

Introduccedilatildeo

Niacutevel eacute a altura do conteuacutedo de um reservatoacuterio que pode ser soacutelido ouliacutequido Trata-se de uma das principais variaacuteveis utilizadas em controlo deprocessos contiacutenuos pois atraveacutes de sua mediccedilatildeo torna-se possiacutevel

bull Avaliar o volume estocado de materiais em tanques de armazenamentobull Balanccedilo de materiais de processos contiacutenuos onde existam volumes

liacutequidos ou soacutelidos de acumulaccedilatildeo temporaacuteria reacccedilotildees mistura etcbull Seguranccedila e controle de alguns processos onde o niacutevel do produto natildeo

pode ultrapassar determinados limites

31 Meacutetodos de Mediccedilatildeo de niacutevel de Liacutequido

Os trecircs tipos baacutesicos de mediccedilatildeo de niacutevel satildeo a) directo b) indirectoc) descontiacutenuo

311 Mediccedilatildeo Directa

Eacute a mediccedilatildeo que tomamos como referecircncia a posiccedilatildeo do plano superiorda substacircncia medida Neste tipo de mediccedilatildeo podemos utilizar reacuteguas ougabaritos visores de niacutevel boacuteia ou flutuadorReacutegua ou Gabarito Consiste em uma reacutegua graduada a qual tem umcomprimento conveniente para ser introduzida dentro do reservatoacuterio a sermedido

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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A determinaccedilatildeo do niacutevel se efectuaraacute atraveacutes da leitura directa docomprimento molhado na reacutegua pelo liacutequido

Visores de Niacutevel Este medidor usa o princiacutepio dos vasos comunicantes o niacuteveleacute observado por um visor de vidro especial podendo haver uma escalagraduada acompanhando o visor

Esta mediccedilatildeo eacute feita em tanques abertos e tanques fechados

Boacuteia ou Flutuador Consiste numa boacuteia presa a um cabo que tem suaextremidade ligada a um contrapeso No contrapeso estaacute fixo um ponteiro queindicaraacute directamente o niacutevel em uma escala Esta mediccedilatildeo eacute normalmenteencontrada em tanques abertos

312 Mediccedilatildeo de niacutevel Indirecta

Neste tipo de mediccedilatildeo o niacutevel eacute medido indirectamente em funccedilatildeo de

grandezas fiacutesicas como pressatildeo empuxo radiaccedilatildeo e propriedades eleacutectricas

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Pressatildeo Hidrostaacutetica (pressatildeo diferencial)Neste tipo de mediccedilatildeo usamos a pressatildeo exercida pela altura da coluna

liacutequida para medirmos indirectamente o niacutevel como mostra abaixo o Teoremade Stevin

P = h δ

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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OndeP = Pressatildeo em mm H2O ou polegada H2Oh = niacutevel em mm ou em polegadasδ = densidade relativa do liacutequido na temperatura ambiente

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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313 Mediccedilatildeo por Pressatildeo Diferencial em Tanques Pressurizados

Neste tipo de mediccedilatildeo a tubulaccedilatildeo de impulso da parte de baixo dotanque eacute conectada agrave cacircmara de alta pressatildeo do transmissor de niacutevel Apressatildeo actuante na cacircmara de alta eacute a soma da pressatildeo exercida sob asuperfiacutecie do liacutequido e a pressatildeo exercida pela coluna de liacutequido no fundo do

reservatoacuterio A cacircmara de baixa pressatildeo do transmissor de niacutevel eacute conectadana tubulaccedilatildeo de impulso da parte de cima do tanque onde mede somente apressatildeo exercida sob a superfiacutecie do liacutequido

Supressatildeo de Zero

Para maior facilidade de manutenccedilatildeo e acesso ao instrumento muitasvezes o transmissor eacute instalado abaixo do tanque Outras vezes a falta deplataforma fixadora em torno de um tanque elevado resulta na instalaccedilatildeo deum instrumento em um plano situado em niacutevel inferior agrave tomada de alta

pressatildeoEm ambos os casos uma coluna liacutequida se formaraacute com a altura doliacutequido dentro da tomada de impulso se o problema natildeo for contornado otransmissor indicaria um niacutevel superior ao real

Elevaccedilatildeo de Zero

Quando o fluiacutedo do processo possuir alta viscosidade ou quando ofluiacutedo se condensa nas tubulaccedilotildees de impulso ou ainda no caso do fluiacutedo sercorrosivo devemos utilizar um sistema de selagem nas tubulaccedilotildees de impulsodas cacircmaras de baixa e alta pressatildeo do transmissor de niacutevel

Selam-se entatildeo ambas as tubulaccedilotildees de impulso bem como as

cacircmaras do instrumentoNa figura abaixo apresenta-se um sistema de mediccedilatildeo de niacutevel com

selagem no qual deve ser feita a elevaccedilatildeo que consiste em anular-se apressatildeo da coluna liacutequida na tubulaccedilatildeo de impulso da cacircmara de baixa pressatildeodo transmissor de niacutevel

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Mediccedilatildeo de Niacutevel com Borbulhador

Com o sistema de borbulhador podemos detectar o niacutevel de liacutequidosviscosos corrosivos bem como de quaisquer liacutequidos agrave distacircncia

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gaacutes e uma

pressatildeo ligeiramente superior agrave maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida peloliacutequido Este valor normalmente eacute ajustado para aproximadamente 20 a maisque a maacutexima pressatildeo hidrostaacutetica exercida pelo liacutequido O sistemaborbulhador engloba uma vaacutelvula agulha um recipiente com liacutequido na qual oar ou gaacutes passaraacute pelo mesmo e um indicador de pressatildeo

Ajustamos a vazatildeo de ar ou gaacutes ateacute que se observe a formaccedilatildeo debolhas em pequenas quantidades Um tubo levaraacute esta vazatildeo de ar ou gaacutes ateacuteo fundo do vaso a qual queremos medir seu niacutevel teremos entatildeo umborbulhamento bem sensiacutevel de ar ou gaacutes no liacutequido o qual queremos medir oniacutevel Na tubulaccedilatildeo pela qual fluiraacute o ar ou gaacutes instalamos um indicador depressatildeo que indicaraacute um valor equivalente a pressatildeo devido ao peso da colunaliacutequida Nota-se que teremos condiccedilotildees de instalar o medidor a distacircncia

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Empuxo

Baseia-se no princiacutepio de Arquimedes ldquoTodo o corpo mergulhado emum fluido sofre a accedilatildeo de uma forccedila vertical dirigida de baixo para cima igual aopeso do volume do fluiacutedo deslocadordquo

A esta forccedila exercida pelo fluiacutedo do corpo nele submerso ou flutuantechamamos de empuxo

E = V dondeE = empuxoV = volume deslocadod = densidade ou peso especiacutefico do liacutequido

Baseado no princiacutepio de Arquimedes usa-se um deslocador (displacer)que sofre o empuxo do niacutevel de um liacutequido transmitindo para um indicador estemovimento por meio de um tubo de torque O medidor deve ter um dispositivode ajuste para densidade do liacutequido cujo niacutevel estamos medindo pois oempuxo varia com a densidade

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Atraveacutes dessa teacutecnica podemos medir nivel de interface entre doisliacutequidos natildeo misciacuteveis

Na induacutestria muitas vezes temos que medir o niacutevel da interface em umtanque contendo 2 liacutequidos diferentes Este fato ocorre em torres de destilaccedilatildeotorres de lavagem decantadores etc

Um dos meacutetodos mais utilizados para a mediccedilatildeo da interface eacute atraveacutesda variaccedilatildeo do empuxo conforme citaremos a seguir

Consideremos um flutuador de forma ciliacutendrica mergulhado em 2liacutequidos com pesos especiacuteficos diferentes d1 e d2

Desta forma podemos considerar que o empuxo aplicado no flutuadorseraacute a soma dos empuxos E1 e E2 aplicados no cilindro pelos liacutequidos depesos especiacuteficos d1 e d2 respectivamente O empuxo seraacute dado pocircr

Et = E1 + E2onde

E1 = V1 d1 e E2 = V2 d2

Assim para diferentes valores de altura de interface teremos diferentesvariaccedilotildees de empuxo

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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983109983148983137983138983151983154983137983140983151 983152983151983154 983105983150983156983283983150983145983151 983117 983107 983107983137983149983138983157983137983150983140983137 983120983265983143983145983150983137 983093983094

bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Mediccedilatildeo de Niacutevel por Radiaccedilatildeo

Os medidores que utilizam radiaccedilotildees nucleares se distinguem pelo fatode serem completamente isentos do contacto com os produtos que estatildeosendo medidos Aleacutem disso dispensando sondas ou outras teacutecnicas quemanteacutem contato com soacutelidos ou liacutequidos tornando-se possiacutevel em qualquer

momento realizar a manutenccedilatildeo desses medidores sem a interferecircncia oumesmo aparalisaccedilatildeo do processo

Dessa forma os medidores que utilizam radiaccedilotildees podem ser usadospara indicaccedilatildeo e controle de materiais de manuseio extremamente difiacutecil ecorrosivos abrasivos muito quentes sob pressotildees elevadas ou de altaviscosidade

O sistema de mediccedilatildeo por raios gamas consiste em uma emissatildeo deraios gamas montado verticalmente na lateral do tanque do outro lado dotanque teremos um cacircmara de ionizaccedilatildeo que transforma a radiaccedilatildeo Gamarecebida em um sinal eleacutectrico de corrente contiacutenua Como a transmissatildeo dosraios eacute inversamente proporcional a altura do liacutequido do tanque a radiaccedilatildeo

captada pelo receptor eacute inversamente proporcional ao niacutevel do liacutequido dotanque jaacute que o material bloquearia parte da energia emitida

Mediccedilatildeo de Niacutevel por Capacitacircncia

A capacitacircncia eacute uma grandeza eleacutectrica que existe entre 2 superfiacuteciescondutoras isoladas entre si

O medidor de niacutevel capacitivo mede as capacidades do capacitor formado peloeleacutectrodo submergido no liacutequido em relaccedilatildeo as paredes do tanque Acapacidade do conjunto depende do niacutevel do liacutequido

O elemento sensor geralmente eacute uma haste ou cabo flexiacutevel de metalEm liacutequidos natildeo condutores se empregam um eleacutectrodo normal em fluidoscondutores o eleacutectrodo eacute isolado normalmente com teflon A medida que o niacuteveldo tanque for aumentando o valor da capacitacircncia aumenta progressivamentea medida que o dieleacutectrico ar eacute substituiacutedo pelo dieleacutectrico liacutequido a medir

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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A capacitacircncia eacute convertida por um circuito eletrocircnico numa correnteeleacutetrica sendo este sinal indicado em um medidor

A mediccedilatildeo de niacutevel por capacitacircncia tambeacutem pode ser feita sem contato atraveacutes de sondas de proximidade A sonda consiste de um disco compondouma das placas do capacitor A outra placa eacute a proacutepria superfiacutecie do produtoou a base do tanque

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR ULTRA-SOMO ultra-som eacute uma onda sonora cuja frequecircncia de oscilaccedilatildeo eacute maior

que aquela sensiacutevel pelo ouvido humano isto eacute acima de 20 KhzA geraccedilatildeo ocorre quando uma forccedila externa excita as moleacuteculas de um

meio elaacutestico esta excitaccedilatildeo eacute transferida de moleacutecula a moleacutecula do meiocom uma velocidade que depende da elasticidade e ineacutercia das moleacuteculas Apropagaccedilatildeo do ultra-som depende portanto do meio (soacutelido liacutequido ougasoso)

Assim sendo a velocidade do som eacute a base para a mediccedilatildeo atraveacutes dateacutecnica de eco usada nos dispositivos ultra-soacutenicos

As ondas de ultra-som satildeo geradas e captadas pela excitaccedilatildeo eleacutectrica

de materiais piezoeleacutetricosA caracteriacutestica marcante dos materiais piezoeleacutetricos eacute produccedilatildeo deuma frequecircncia quando aplicamos uma tensatildeo eleacutectrica Assim sendo elespodem ser usados como gerador de ultra-som compondo portanto ostransmissores

Inversamente quando se aplica uma forccedila em uma materialpiezoeleacutetrico ou seja quando ele recebe um sinal de frequecircncia resulta oaparecimento de uma tensatildeo eleacutectrica no seu terminal Nesta modalidade omaterial piezoeleacutetrico eacute usado como receptor do ultra-som

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Os dispositivos do tipo ultra-soacutenico podem ser usados tanto nadetecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel como na descontiacutenua

Os dispositivos destinados a detecccedilatildeo contiacutenua de niacutevel caracterizam-se principalmente pelo tipo de instalaccedilatildeo ou seja os transdutores podemencontrar-se totalmente submersos no produto ou instalados no topo doequipamento sem contacto com o produto

MEDICcedilAtildeO DE NIacuteVEL POR RADAR

Possue uma antena cocircnica que emite impulsos eletromagneacuteticos de altafrequencia agrave superfiacutecie a ser detectada A distacircncia entre a antena e asuperfiacutecie a ser medida seraacute entatildeo calculada em funccedilatildeo do tempo de atrasoentre a emissatildeo e a recepccedilatildeo do sinal

Essa teacutecnica pode ser aplicada com sucesso na mediccedilatildeo de niacutevel deliacutequidos e soacutelidos em geral

A grande vantagem deste tipo de medidor em relaccedilatildeo ao ultrassocircnico eacutea imunidade agrave efeitos provocados por gases poacute e espuma entre a superfiacutecie eo detetor poreacutem possue um custo relativo alto

Mediccedilatildeo de niacutevel Descontiacutenua

Estes medidores satildeo empregados para fornecer indicaccedilatildeo apenasquando o niacutevel atinge certos pontos desejados como por exemplo em sistemasde alarme e seguranccedila de niacutevel alto ou baixo

Nos liacutequidos que conduzem electricidade podemos mergulhareleacutectrodos metaacutelicos de comprimento diferente Quando houver conduccedilatildeo entreos eleacutectrodos teremos a indicaccedilatildeo de que o niacutevel atingiu a altura do uacuteltimoeleacutectrodo alcanccedilado pelo liacutequidoMediccedilatildeo de niacutevel descontiacutenua porcondutividade

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Mediccedilatildeo de niacutevel de soacutelidos

Eacute necessaacuterio medir o niacutevel dos soacutelidos geralmente em forma de poacute ougratildeos em silos alto fornos etc pelos mesmos motivos da mediccedilatildeo de niacuteveldos liacutequidos

Esta mediccedilatildeo eacute comummente feita por dispositivos electromecacircnicos

onde eacute colocada uma sonda sobre a carga ou conteuacutedo O cabo da sondamovimenta um transdutor electromecacircnico que envia um sinal para umindicador cuja escala eacute graduada para niacutevel Essa teacutecnica apesar de simplestem como desvantagem a grande incidecircncia de manutenccedilatildeo tornando-ainviaacutevel em muitos casos

Outros medidores como os radioactivos capacitivos ultrassocircnicosradares e sistemas de pesagem com ceacutelulas de carga podem ser utilizadoscom bastante eficiecircncia e precisatildeo apesar de possuiacuterem em alguns casos ocusto elevado

4 MEDICcedilAtildeO DE VAZAtildeO

41 CONCEITOS BAacuteSICOS

A mediccedilatildeo de vazatildeo inclui no seu sentido mais amplo a determinaccedilatildeoda quantidade de liacutequidos gases e soacutelidos que passa por um determinado localna unidade de tempo podem tambeacutem ser incluiacutedos os instrumentos queindicam a quantidade total movimentada num intervalo de tempoA quantidadetotal movimentada pode ser medida em unidades de volume (litrosmm 3 cm 3 m 3 galotildees peacutes cuacutebicos) ou em unidades de massa (g Kg toneladaslibras)A vazatildeo instantacircnea eacute dada por uma das unidades acima dividida por umaunidade de tempo (litrosmin m 3 hora galotildeesmin) No caso de gases evapores a vazatildeo instantacircnea pode ser expressa em Kgh ou em m 3 hQuando se mede a vazatildeo em unidades de volume devem ser especificadas ascondiccedilotildees base consideradas Assim no caso de liacutequidos eacute importante indicarque a vazatildeo se considera nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo ou a 0 degC 20 degC ou aoutra temperatura qualquer Na mediccedilatildeo de gases eacute comum indicar a vazatildeoem m 3 h (metros cuacutebicos por hora ou seja a temperatura de 0 degC e apressatildeo atmosfeacuterica) ou em SCFM (peacutes cuacutebicos standard por minuto -temperatura 60 degF e14696 PSIA de pressatildeo atmosfeacuterica) Vale dizer que 1m3 = 1000 litros 1 galatildeo (americano) = 3785 litros 1 peacute cuacutebico = 00283168 m 31 libra = 04536 Kg

42 TIPOS DE MEDIDORES DE VAZAtildeO

Existem dois tipos de medidores de vazatildeo os medidores de quantidadee os medidores volumeacutetricos noacutes estaremos enfocando mais o volumeacutetricodevido justamente ser este tipo de medidor o empregado em nossa planta deenergia

Medidores de Quantidade Satildeo aqueles que a qualquer instantepermitem saber que quantidade de fluxo passou mas natildeo vazatildeo do fluxo queestaacute passando Exemplo bombas de gasolina hidrocircmetros balanccedilasindustriais etc

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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bull Medidores de Quantidade por Pesagem Satildeo utilizados para mediccedilatildeo desoacutelidos que satildeo as balanccedilas industriais

bull Medidores de Quantidade Volumeacutetrica Satildeo aqueles que o fluiacutedopassando em quantidades sucessivas pelo mecanismo de mediccedilatildeo fazcom que o mesmo accione o mecanismo de indicaccedilatildeo Satildeo estesmedidores que satildeo utilizados para serem os elementos primaacuterios das

bombas de gasolina e dos hidrocircmetros Exemplo disco mutante tipopistatildeo rotativo oscilante tipo pistatildeo alternativa tipo paacutes tipoengrenagem etc

A importacircncia da variaacutevel vazatildeo-quantidade do fluido escoado atraveacutes detubulaccedilotildees e equipamentos na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suasaplicaccedilotildees industriaisa) Controla o processo nas quantidades totais ou parciais que se acham emtransformaccedilatildeo no processo em periacuteodo de tempob) Permite o ldquobalanccedilordquo de material de um sistema ou da unidade todaOs instrumentos de vazatildeo e volume tem a seguinte simbologia

a) Formas simplesFI - Indicador de vazatildeo (ldquoflow indicator rdquo)FR - Registrador de vazatildeo (ldquoflow recorderrdquo)FC - Controlador de vazatildeo (ldquoflow controler rdquo)FQ - Integrador ou totalizador volumeacutetrico (T = totalizer )

b) Formas compostasFIC - Indicador e controlador de vazatildeoFRC - Registrador e controlador de vazatildeo

c) Formas especiaisFE Elemento primaacuterio de vazatildeo (ldquoflow elementrdquo)

FG Visores de vazatildeo (ldquoflow-glassrdquo)FCV Vaacutelvula auto-operada por vazatildeo

Tipos de medidores de vazatildeo e volume

Segundo seu princiacutepio de funcionamento os medidores de vazatildeo e volume satildeoclassificados nos seguintes tipos principais

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Medidores volumeacutetricosSatildeo aqueles que exprimem a vazatildeo por unidade de tempo

Mediccedilatildeo de vazatildeo por pressatildeo diferencial

A pressatildeo diferencial eacute produzida por vaacuterios tipos de elementos primaacuterioscolocados nas tubulaccedilotildees de forma tal que o fluido passe atraveacutes deles A suafunccedilatildeo eacute aumentar a velocidade do fluido diminuindo a aacuterea da seccedilatildeo em umpequeno comprimento para haver uma queda de pressatildeo A vazatildeo pode entatildeoser medida a partir desta queda Esse tipo de mediccedilatildeo pode ser observado naFigura abaixo

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Uma vantagem primordial dos medidores de vazatildeo por pressatildeodiferencial eacute que eles podem ser aplicados a uma grande variedade demediccedilotildees envolvendo a maioria dos gases e liacutequidos inclusive fluidos comsoacutelidos em suspensatildeo bem como fluidos viscosos em uma faixa detemperatura e pressatildeo bastante ampla Um inconveniente deste tipo demedidor eacute a perda de carga que ele causa ao processo sendo a placa de

orifiacutecio o dispositivo que provoca a maior perda de carga irrecuperaacutevel

Rotacircmetros

Satildeo medidores de vazatildeo por aacuterea variaacutevel nos quais um flutuador variasua posiccedilatildeo dentro de um tubo coacutenico proporcionalmente agrave vazatildeo do fluido Naabaixo pode-se observar um rotacircmetro

O rotametro eacute formado por um tubo de vidro de formato cocircnico o qual eacutecolocado verticalmente na tubulaccedilatildeo em que passaraacute o fluido a ser medidoA extremidade maior do tubo coacutenico fica voltada para cima No interior do tubocoacutenico um flutuador que se moveraacute verticalmente em funccedilatildeo da vazatildeo medida

PRINCIacutePIO BAacuteSICO DE FUNCIONAMENTO DOS ROTAcircMETROS

O fluido passa atraveacutes do tubo da base para o topo Quando natildeo haacutevazatildeo o flutuador permanece na base do tubo e seu diacircmetro maior eacute emgeral selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tuboquase que completamente Quando a vazatildeo comeccedila e o fluido atinge oflutuador o empuxo torna o flutuador mais leve poreacutem como o flutuador tem

uma densidade maior que a do fluido o empuxo natildeo eacute suficiente para levantaro flutuadorA aacuterea de passagem oferece resistecircncia agrave vazatildeo e a queda de pressatildeo

do fluido comeccedila a aumentar Quando a pressatildeo diferencial somada ao efeitode empuxo do liacutequido excede a pressatildeo devido ao peso do flutuador entatildeo elesobe e flutua na corrente Com o movimento ascendente do flutuador emdireccedilatildeo agrave parte mais larga do tubo a aacuterea anular entre a parede do tubo devidro e a periferia do flutuador aumenta Como a aacuterea aumenta o diferencial depressatildeo devido ao flutuador decresce

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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O flutuador ficaraacute em equiliacutebrio dinacircmico quando a pressatildeo diferencialatraveacutes do flutuador somada ao efeito do empuxo contrabalanccedilar o seu pesoQualquer aumento na vazatildeo movimenta o flutuador para a parte superior dotubo de vidro e a diminuiccedilatildeo causa uma queda a um niacutevel mais baixo Cadaposiccedilatildeo do flutuador corresponde a um valor determinado de vazatildeo e somenteum Eacute necessaacuterio colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo e a

vazatildeo poderaacute ser determinada pela observaccedilatildeo directa da posiccedilatildeo do flutuador

Placa de orifiacutecio

Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulaccedilatildeo para se criar umapressatildeo diferencial o mais simples e mais comumente empregado eacute o da placade orifiacutecio conforme mostra a Figura

Placa de Orifiacutecio

Consiste em uma placa precisamente perfurada a qual eacute instaladaperpendicularmente ao eixo da tubulaccedilatildeo Eacute essencial que as bordas do orifiacutecioestejam sempre perfeitas porque se ficarem imprecisas ou corroiacutedas pelofluido a precisatildeo da mediccedilatildeo seraacute comprometida Costumeiramente essasbordas satildeo fabricadas com accedilo inox monel latatildeo etc dependendo do fluido

Vantagens Instalaccedilatildeo faacutecil econoacutemico construccedilatildeo simples manutenccedilatildeo etroca Simples

Desvantagens Alta perda de Carga baixa rangeabilidade

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Tipos de Orifiacutecios

ORIFIacuteCIO CONCEcircNTRICO Este tipo de placa eacute utilizado para liacutequidos basese vapor que natildeo contenham soacutelidos em suspensatildeo

ORIFIacuteCIO EXCEcircNTRICO Utilizada quando tivermos fluido com soacutelidos emsuspensatildeo os quais possam ser retidos e acumulados na base da placasendo o orifiacutecio posicionado na parte de baixo do tubo

ORIFIacuteCIO SEGMENTADO Esta placa tem a abertura para passagem de fluidodisposta em forma de segmento de ciacuterculo Eacute destinada a uso em fluidoslaminados e com alta percentagem de soacutelidos em suspensatildeo

Tubo Venturi

A Figura abaixo apresenta o tubo venturi que combina dentro de umaunidade simples uma curta garganta estreitada entre duas secccedilotildees coacutenicasEacute usualmente instalado entre dois flanges numa tubulaccedilatildeo sendo seupropoacutesito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressatildeo estaacutetica Arecuperaccedilatildeo de pressatildeo em um tubo venturi eacute bastante eficiente comopodemos ver na abaixo Seu uso eacute recomendado quando se deseja um maiorrestabelecimento de pressatildeo e quando o fluido medido carrega soacutelidos emsuspensatildeo O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifiacuteciopara uma mesma vazatildeo e diacircmetro igual agrave sua garganta

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

7212019 Manual de IC IMIL-1 Rect

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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O tubo de Venturi

Medidores especiais de vazatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

O medidor magneacutetico de vazatildeo eacute seguramente um dos mais flexiacuteveis euniversais dentre os meacutetodos de mediccedilatildeo de vazatildeo Sua perda de carga eacuteequivalente agrave de um trecho recto de tubulaccedilatildeo jaacute que natildeo possui qualquerobstruccedilatildeo Eacute virtualmente insensiacutevel agrave densidade e agrave viscosidade do fluido demediccedilatildeo Os medidores magneacuteticos satildeo ideais para mediccedilotildees de produtosquiacutemicos altamente corrosivos fluidos com soacutelidos em suspensatildeo lama aacuteguae polpa de papel Sua aplicaccedilatildeo estende-se desde saneamento ateacute induacutestriasquiacutemicas papel e celulose mineraccedilatildeo e induacutestrias alimentiacutecias A uacutenicarestriccedilatildeo em princiacutepio eacute que o fluido tem que ser electricamente condutivoApresenta ainda como limitaccedilatildeo o fato de fluidos com propriedades magneacuteticasadicionarem um certo erro de mediccedilatildeo

Medidor electromagneacutetico de vazatildeo

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos

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Medidor tipo turbina

Na Figura abaixo apresentamos esse medidor que eacute constituiacutedo por umrotor montado axialmente na tubulaccedilatildeo O rotor eacute provido de aletas que ofazem girar quando passa um fluido na tubulaccedilatildeo do processo Uma bobinacaptadora com um iacutematilde permanente eacute montada externamente agrave trajectoacuteria do

fluido Quando este se movimenta atraveacutes do tubo o rotor gira a umavelocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo acircngulo das lacircminas dorotor Agrave medida que cada lacircmina passa diante da bobina e do iacutematilde ocorre umavariaccedilatildeo da relutacircncia do circuito magneacutetico e no fluxo magneacutetico total a queestaacute submetida a bobina Verifica-se entatildeo a induccedilatildeo de um ciclo de tensatildeoalternada

A frequecircncia dos pulsos gerados desta maneira eacute proporcional agravevelocidade do fluido podendo a vazatildeo ser determinada pelamediccedilatildeototalizaccedilatildeo de pulsos