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Pressão, temperatura, nível e vazão –DefiniçõesPressão, temperatura, nível e vazão – Instrumentos de mediçãoTipos de Instrumentos – TerminologiaTipos de instrumentos – Simbologia

Para iniciarmos nosso estudo de instrumentação, temos antes que aprendermos sobre as grandezas principais abordadas nas variáveis de processo. São elas a PRESSÃO, TEMPERATURA, NÍVEL E VAZÃO – Definições e Unidades; - Instrumentos de medição. Logo após essa parte, iremos estudar os instrumentos de medição dessas grandezas. Vamos então a uma abordagem individual de cada grandeza.

1 – PRESSÃO

A fórmula básica que calcula uma pressão é dada pela equação:

Ρ = FA

Onde p é pressão, F é força (em Kgf, ou seja, o peso aplicado, que é dado pela massa) e A é área (em cm2).

Deduz-se então que pressão é igual à força exercida por um corpo sobre uma determinada área. Quanto maior a força, maior é a pressão e quanto menor é a área, maior é a pressão exercida por uma mesma força. Ou seja, se exercermos uma força de 1 kgf sobre uma área de 1cm² a pressão será igual a 1 kgf/cm², mas se exercermos esta mesma força sobre uma área de 10 cm² a pressão será de 0,1 kgf/cm².Para entendermos melhor os conceitos sobre pressão precisamos conhecer a definição de massa específica e peso específico.

Massa específica. Este parâmetro é usado para se determinar a densidade de um corpo que não maciço ou homogêneo, como por exemplo, uma bola de tênis. Ela é feita de um material que possui um peso específico, porém dentro dela temos ar e por isso ela é oca, não se ocupando o espaço total interno com o material com o qual ela foi produzida. Também é conhecida como densidade absoluta. A fórmula para massa específica é:

Onde μ (letra grega pronunciada como “mi”) é a relação entre m (a massa da substância em kg) pelo V (volume correspondente em cm³).

Peso específico. O peso específico é a relação entre o peso de um objeto (maciço ou homogêneo) e seu volume correspondente. A fórmula para pesos específico é:

Onde γ (letra grega pronunciada como “gama”) é a relação entre P (peso em Kg) e V (volume em cm³)

Muitas vezes teremos que calcular a pressão de líquidos, e algumas vezes sobre objetos sólidos, porém não densos e por isso é importante saber a diferença entre massa específica e peso específico, além de ser útil para entendermos as leis da Física que são diretamente relacionadas com a medição da pressão, que são o Teorema de Stevin, a Princípio de Pascal e o Teorema de Bernoulli.

Teorema de Stevin

"A diferença de pressão entre dois pontos de um líquido em repouso é diretamente proporcional à altura e à densidade do mesmo." Este teorema é dado pela fórmula:

Onde γ é a massa específica e h é a altura da coluna líquida. Por esse caçulo medimos a pressão de um líquido em um recipiente, conforme mostrado na figura abaixo.

A figura abaixo ilustra o valor da pressão tendo o valor de Y e h. Para um fluído em repouso dentro de um tanque de altura h não é necessário calcular o volume do fluído para se obter o valor da pressão, pois independe do formato ou capacidade do tanque, e somente da altura e do peso específico do fluído.

Figura 1 – Teorema de Stevin.

Essa teoria simplifica muitos cálculos e com ela podemos determinar a pressão exercida por colunas líquidas desconsiderando o formato do reservatório. Veja a figura abaixo.

Figura 2 – Paradoxo hidrostático

Observe-se que na ilustração (fig.2) que a pressão no fundo dos reservatórios é a mesma desde que as densidades (ou pesos específicos) Y1 = Y2 = Y3 e a altura "h" sejam iguais.

Obs.: Este teorema só é válido para fluídos em repouso e a diferença (h) das cotas deve ser feita na vertical.

Princípio de Pascal

"A pressão exercida em um líquido confinado, se distribui integralmente e produz a mesma força em áreas iguais."

Pode-se demonstrar este princípio, utilizando-se uma esfera oca, provida de vários orifícios distribuídos em vários pontos de sua superfície como ilustrado na figura 3.

Figura 3 – Transmissão de pressão em um fluído

Exercendo-se uma pressão adequada no êmbolo, veremos que os jatos de água que saem pelos orifícios são iguais. Isso significa que a pressão exercida é igual em

todos os orifícios. Devido aos fluídos serem praticamente incompressíveis, a força mecânica desenvolvida em um fluído sob pressão pode ser transmitida, multiplicada ou controlada.

Figura 4

Na figura 4 temos dois sistemas de pressão. O primeiro apenas transfere a força de um ponto a outro, e o segundo amplifica ou reduz a força (depende do sentido da força). Se exercermos a pressão no sentido de F1 para F2 haverá amplificação, e se invertermos o sentido haverá redução. Observe a equação:

Como funcionará na prática tal lei? Na figura abaixo temos um exemplo prático de aplicação da lei de Pascal.

Figura 5 – Macaco Hidráulico

Uma força de 10 kg aplicada na entrada produz uma pressão de 10 kg/cm². Esta pressão se transmite para direita 10=F/100 logo, F=1000 kg/cm². A descida do líquido do cilindro a esquerda é 100 vezes maior que a ascensão no da direita, ou seja, para um movimento de 10 cm na esquerda teremos uma elevação de apenas 1 mm na direita. Outra dedução está descrita abaixo.

É a lei de Pascal em pleno funcionamento.

Lei da conservação da energia (teorema de Bernoulli)

Esse teorema foi estabelecido por Bernoulli em 1738 e relaciona as energias potenciais ecinéticas de um fluido ideal ou seja, sem viscosidade e incompressível. Através desse teorema pode-se concluir que para um fluido perfeito, toda forma de energia pode ser transformada em outra, permanecendo constante sua somatória ao longo de uma linha de corrente. Assim sua equação representativa é:

Essa equação pode ser simplificada em função das seguintes situações:

Se a corrente for constante na direção horizontal teremos

Se a velocidade é nula e assim o fluído se encontra em repouso teremos

Unidades de Pressão

Como é medida essa pressão, ou seja, em qual unidade é descrita a pressão exercida sobre um corpo de peso x sobre um espaço de área y? A unidade de medida para pressão calculada acima seria naturalmente a Kgf/cm2, porém existem várias unidades de medida e seu uso é de livre escolha.

Unidades de medida utilizadas em pressão

Tabela 1 - Tabela de conversão

Ex: Determine o valor da pressão sabendo que a força aplicada de 14 N atua sobre uma área de 0,2 m2.

P= F = 14N = 70N/m² ou 70 Pa A 0,2 m²

A unidade SI para pressão é o pascal (Pa). 1 pascal é a pressão de uma força de 1 Newton exercida numa superfície de 1 metro quadrado. O pascal é uma unidade muito pequena. Um pascal equivale à pressão exercida por uma coluna d'água de altura de 0,1 mm. Ela equivale a pressão de uma cédula de dinheiro sobre uma superfície plana. Na prática, usa-se o kilopascal (kPa) e o megapascal (MPa).

A área que causou (e ainda causa) mais confusão na mudança para unidades SI foi a medição de pressão. A nova unidade de pressão, pascal, definida como Newton por metro quadrado é estranha mesmo para técnicos e engenheiros. Assim que o pascal seja aceito e entendido, fica fácil lidar com as pressões extremas de vácuo a altíssimas pressões.

A grande vantagem do uso do pascal, no lugar do psi (lbf/in²), kgf/cm² e mm de coluna liquida é que o pascal não depende da aceleração da gravidade do local e da densidade do liquido. A gravidade não está envolvida na definição de pascal. O pascal tem o mesmo valor em qualquer lugar da Terra, enquanto as unidades como psi, kgf/cm² e mm/H2O dependem da aceleração da gravidade do local. O pascal é também usado para expressar a tensão mecânica e o módulo de elasticidade dos materiais. Porém, os altos valores de tensão mecânica são dados em megapascals (MPa) e os valores de módulo de elasticidade em gigapascals (GPa).

Em Instrumentação, também se usam o bar e o milibar (mbar). É também comum se usar altura de coluna d'água ou de mercúrio para expressar pequenas pressões. Dimensionalmente é errado expressar a pressão em comprimento de coluna líquida, mas subentende-se que a pressão de 100 mm/H2O significa apressão igual à pressão exercida por uma coluna de água com altura de 100 mm. Em Instrumentação é comum ainda se usar psi (pound square inch) como unidade de pressão, às vezes, modificada comopsig e psia, para indicar respectivamente pressão manométrica (gauge e absoluta). Na borracharia daesquina, a calibração dos pneus é expressa em psi, mas se fala simplesmente libra, que é o modopreguiçoso de dizer libra-força por polegada quadrado. O sugerido pelo SI é pedir ao borracheiro para calibrar o pneu com 169 kPa, em vez de 26 libras.

As medições de pressão são geralmente classificadas como pressão manométrica, pressão absoluta ou pressão diferencial. Para evitar confusão, é conveniente colocar o sufixo na unidade, para cada tipo de medição: manométrica (g), absoluta (a) ou diferencial (d). A figura abaixo mostra como são determinadas as pressões manométrica, absoluta em relação à pressão atmosférica.

Figura 6 - Gráfico conceitual

No entanto, como podemos notar na tabela logo a seguir abaixo, existem vários tipos de pressão. Por exemplo: quando um fluido está em movimento outros tipos de pressão podem ser medidos. São o caso da pressão estática e da pressão dinâmica, como mostra a figura 2.

Figura 7 – medição de pressão de fluído em movimento

Tipos de pressão

Tipo de Pressão DescriçãoPressão Manométrica A pressão manométrica (gauge) se refere à pressão

atmosférica. Ela pode assumir valores positivos (maiores que o da pressão atmosférica) e negativos, também chamado de vácuo. A maioria dos instrumentos industriais mede a pressão manométrica.

Pressão Absoluta A pressão absoluta é a pressão total, incluindo a pressão atmosférica e referida ao zero absoluto. Ela só pode assumir valores positivos. Mesmo quando se necessita do valor da pressão absoluta, usa-se o medidor de pressão manométrica que é mais simples e barato, bastando acrescentar o valor da pressão atmosférica ao valor lido ou transmitido. Só se deve usar o medidor com elemento sensor absoluto para faixas próximas a pressão atmosférica; por exemplo, abaixo de 100 kPa (01 ATM = 101,325 kpa).

Pressão Diferencial A pressão diferencial é a diferença entre duas pressões, exceto a pressão atmosférica. O transmissor de pressão diferencial para a medição de vazão e de nível é simultaneamente sensível e robusto, pois deve ser capaz de detectar faixas de pressão diferencial da ordem de centímetros de coluna d'água e suportar pressão estática de até 400 kgf/cm2.

Pressão Atmosférica A pressão atmosférica é a pressão exercida pelos gases da atmosfera terrestre e foi a primeira pressão a ser realmente medida.

Pressão Faixa Composta

É aquela que tem pressões de vácuo e pressões positivas em sua faixa de medição. Por exemplo, a faixa de -200 a 200 mm H2O.

Pressão Estática A pressão estática do processo é a pressão transmitida pelo fluido nas paredes da tubulação ou do vaso. Ela não varia na direção perpendicular a tubulação, quando a vazão é laminar.

Pressão Dinâmica A pressão dinâmica da tubulação é a pressão devida a velocidade do fluido ( 1/2 p v2). Chamada de pressão de impacto.

Pressão de Estagnação A pressão de estagnação é obtida quando um fluido em movimento é desacelerado para a velocidade zero, em um processo sem atrito e sem compressão. Matematicamente, ela é igual a soma da pressão estática e da pressão dinâmica. Tem-se a pressão de estagnação na parte central do medidor tipo pitot.

Pressão Hidrostática Pressão hidrostática é a pressão exercida por líquidos no interior de vasos e tanques. Neste caso, a pressão é normal à superfície que contem o líquido. No mesmo plano horizontal, as pressões em um líquido são iguais

Pressão de Vapor Quando há evaporação dentro de um espaço fechado, a pressão parcial criada pelas moléculas do vapor é chamada de pressão de vapor. A pressão de vapor em um liquido ou sólido é a pressão em que há equilíbrio vapor-líquido ou vapor-sólido. A pressão de vapor depende da temperatura e aumenta quando a temperatura aumenta. Esta função entre a pressão de vapor e a temperatura é a base da medição da temperatura através da medição da pressão de vapor de liquido volátil (classe SAMA II)

Tabela 2 – Detalhamento sobre tipos de pressão

Resumo do assunto pressão

A pressão é a variável de processo mais importante em instrumentaçãoUtiliza-se a unidade de medida Kpa (unidade do SI). 1 pa = 1N/m²Deve-se saber converter as unidades para essa unidade padrãoDiferencia pressão absoluta, pressão do vácuo, pressão atmosférica e pressão manométrica.

Exercícios:

1 - A unidade de medida de pressão é o pascal, Pa. Caso a pressão seja medida no vácuo, isto é, sem condições atmosféricas, a unidade de medida é o pascal efetivo. (x) Certo () Errado

R – Exatamente, pois quando se mede a pressão desde o zero absoluto (vácuo total) se terá a pressão em pascal efetivo, assim como também se terá a pressão absoluta, só que no caso da unidade pascal o termo é efetivo. (consultar figura 1)

2 - A pressão atmosférica do local afeta a medição do percentual de oxigênio dissolvido. (x) Certo () Errado

R – Sabemos que quanto maior a altitude menor a quantidade de oxigênio na atmosfera. Sabemos também que quanto maior a altitude menor a pressão atmosférica. Portanto, temos uma relação diretamente proporcional entre pressão atmosférica/quantidade de oxigênio, e assim a medição do oxigênio dissolvido será diretamente afetada pela pressão atmosférica. Precisa haver uma compensação do instrumento de medição.

3 - A temperatura não afeta a medição do percentual de oxigênio dissolvido. () Certo (x) Errado

R – A temperatura afeta diretamente a umidade do local onde será feita a medição do oxigênio dissolvido. Quando se aumenta a umidade, moléculas de oxigênio oriundas da água evaporada podem causar leituras erradas de oxigênio dissolvido no ambiente. Precisa haver uma compensação do instrumento de medição.

3 - (CESUPA) Desde a remota Antigüidade, o homem, sabendo de suas limitações, procurou dispositivos para multiplicar a força humana. A invenção da RODA foi, sem sombra de dúvida, um largo passo para isso. Hoje, uma jovem dirigindo seu CLASSE A, com um leve toque no freio consegue pará-lo, mesmo que ele venha a 100 km/h. É o FREIO HIDRÁULICO. Tal dispositivo está fundamentado no PRINCÍPIO de:  

a) Newtonb) Stevinc) Pascald) Arquimedese) Eisntein

R – Resposta C. O princípio de Pascal  diz: em um líquido em repouso ou equilíbrio as variações de pressão transmitem-se igualmente e sem perdas para todos os pontos da massa líquida. É o princípio de funcionamento do macaco e do freio hidráulicos. Na Mecânica é homenageado com a unidade de tensão mecânica (ou pressão) Pascal (1Pa = 1 N/m²; 105 N/m² = 1 bar).

- Com relação a unidades para medida de pressão, julgue os itens seguintes.

A pressão ao nível do mar corresponde a 550 mmHg, 10 N/m3 ou a 1 atm. () Certo (x) Errado

R – Errada pois a pressão atmosférica ao nível do mar é 760 mmHg a 1 atm e não 550 mmHg

5 - O sistema inglês para medição de pressão utiliza a unidade psi, que corresponde a libras por polegada quadrada. (x) Certo () Errado (Questão anulada)

R – Esta questão foi anulada pela CESPE e ainda não sabemos o motivo.

- Quando você toma um refrigerante em um copo com um canudo, o líquido sobe pelo canudo, porque: a) a pressão atmosférica cresce com a altura, ao longo do canudo; b) a pressão no interior da sua boca é menor que a densidade do ar; c) a densidade do refrigerante é menor que a densidade do ar; d) a pressão em um fluido se transmite integralmente a todos os pontos do fluido; e) a pressão hidrostática no copo é a mesma em todos os pontos de um plano horizontal. 

R – Resposta B. Como dentro da boca a quantidade de atmosfera é infinitamente pequena, a pressão atmosférica externa sendo enorme por causa da densidade do ar também ser grande, faz com que o líquido dentro do copo seja empurrado para dentro de sua boca. Mas para isso vc precisa fechar a boca com o canudo dentro. 6 - Para aplicar uma vacina fluida por via intramuscular, usa-se uma seringa cujo êmbolo tem um diâmetro de 1 cm. A enfermeira que aplica a vacina exerce uma força de 3,14 N sobre o êmbolo. Considere que a vazão da vacina é muito lenta. Durante a aplicação da vacina, o valor, em pascal, que mais se aproxima da variação da pressão, no interior da seringa, é de

a) 4 x 103

b) 5 x 103

c) 4 x 104

d) 5 x 104

e) 5 x 105

R – Letra C.

Dados:

Adotando , temos:

Outra forma de resolução

F=3,14N/m²=314N/10-²m²d=1cm=1.10-²mr=d/2=0,5.10-²mA=л.r²=(314.10-²m).*(0,25.10-²m)=0,00785

P=F = 314 = 40.000N= A 0,00785

7 - Calcular a pressão que exerce uma determinada quantidade de petróleo sobre o fundo do poço, se a altura do petróleo no poço for igual a 10 m e a sua densidade 800 kg/m3. Dado: aceleração da gravidade g = 10 m/s2.

a) 8 N/m2

b) 80 N/m2

c) 800 N/m2

d) 80.000 N/m2

e) 800.000 N/m2

P= 800kg/m³g=10 m/s²h= 10m

P=d.g.hP=800.10.10P=80.000 N/m²

R – Letra D. Pressão no interior de um líquido em repouso-Lei de Stevin (P=d.g.h)

8 - Considerando a pressão da superfície do oceano como P = 1,0 atm = 1,0 x 105 Pa, determine a pressão sentida por um mergulhador a uma profundidade de 200 m. Considere a densidade da água igual a 1,0 x 10³ kg/m³, g = 10 m/s².

a) 15 atmb) 25 atmc) 11 atmd) 21 atme) 12 atm

d=1.10³ kg/m³g=10 m/s²h=200 m

P=d.g.hP=1.000.10.200P=2.000.000 N/m²+1 atm=21atm

R – Letra C. O Teorema de Stevin diz que a pressão absoluta num ponto de um líquido homogêneo e incompressível, de densidade d e à profundidade h, é igual à pressão atmosférica (exercida sobre a superfície desse líquido) mais a pressão efetiva, e não depende da forma do recipiente:

Ou seja

Instrumentos de Medição de Pressão

A medição de uma variável de processo é feita, sempre, baseada em princípios físicos ou químicos e nas modificações que sofrem as matérias quando sujeitas às alterações impostas por essa variável. A medição da variável pressão pode ser realizada baseada em vários princípios, cuja escolha está sempre associada às condições da aplicação. Nesse tópico serão abordadas as principais técnicas e princípios de sua medição com objetivo de facilitar a análise e escolha do tipo mais adequado para cada aplicação.

Composição dos Medidores de Pressão

Os medidores de pressão de um modo geral podem ser divididos em três partes, sendo fabricado pela associação destas partes ou mesmo incorporado a conversores e ai recebendo o nome de transmissores de pressão. As três partes são:

Elemento de recepção:

Aquele que recebe a pressão a ser medida e a transforma em deslocamento ou força (ex: bourdon, fole, diafragma).

Elemento de transferência:

Aquele que amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção ou que transforma o mesmo em um sinal único de transmissão do tipo elétrica ou pneumática, que é enviada ao elemento de indicação (ex: links mecânicos, relé piloto, amplificadores operacionais).

Elemento de indicação:

Aquele que recebe o sinal do elemento de transferência e indica ou registra a pressão medida (ex: ponteiros, displays)

Tipos de instrumentos medidores de pressão

Os princípios utilizados pelos medidores de pressão são vários, destacando-se o de balanceamento ou equilíbrio de uma pressão desconhecida contra uma pressão de valor conhecido (manômetros de coluna de mercúrio ou outro líquido); e o princípio da medição de pressão pela deformação elástica de certos elementos (molas, foles, diafragma, etc.).

1 - Medidor de coluna líquida

São dispositivos constituídos por um tubo transparente de secção circular e uniforme, contendo um líquido de densidade conhecida e medem pressões relativamente baixas com excelente precisão. Os líquidos manométricos mais comuns são água e mercúrio.

A leitura é feita através do deslocamento do líquido equilibrando com a pressão aplicada e as unidades mais utilizadas são:

Sua manutenção é simples e para alterar sua capacidade de medida, basta substituir o líquido manométrico alterando assim a densidade. O princípio de funcionamento é simples pois a pressão criada pela coluna do líquido é usada para balancear a pressão a ser medida. A leitura da coluna líquida dá o valor da pressão desconhecida medida. A pressão exercida num ponto do líquido é igual à densidade do líquido multiplicada pela altura da coluna de líquido acima do ponto. O líquido mais usado no enchimento da coluna é o mercúrio por ter alta densidade e, portanto, exigir colunas pequenas.

Os fluidos normalmente usados possuem faixa de densidade relativa entre 0,8 (álcool) e 13,6 (mercúrio). A princípio qualquer líquido com baixa viscosidade, e não volátil nas condições de medição, pode ser utilizado como líquido de enchimento. Entretanto, na prática, a água destilada e o mercúrio são os líquidos mais utilizados nesses manômetros. A altura máxima que se pode ler nesse tipo de manômetro é de 2 metros e só é indicado para leituras de baixa pressão. Neste método a pressão a medir é aplicada a uma das aberturas do tubo, enquanto uma pressão de referência é aplicada à outra abertura (geralmente a pressão atmosférica). A diferença entre as pressões é proporcional à diferença do nível do líquido, em que a constante de proporcionalidade é a massa volumétrica do fluido.

Os principais tipos de instrumentos medidores de pressão tipo coluna são:

a) Indicadores tipo tubo em “U” e de colunaO tipo mais simples dos manômetros e, ao mesmo tempo, um dos mais exatos é o tubo em “U”, visto nas figuras abaixo.

Figura 8 – Coluna U

Existem três formas de ajustar o zero desse tipo de indicador.

Zero onde P1 = P2, ou seja, pressão em equilíbrio, no centro da escala (a)Zero no ponto máximo de P2 (pressão alta ou positiva) (b)Zero no ponto mínimo de P2 (pressão baixa ou negativa) (c)

Figura 9 – Formas de ajuste

Sendo que P1 está no lado esquerdo da coluna e é por onde é aplicada a pressão e P2 o lado direito da coluna, onde se denomina área de alta pressão

Como funciona: um dos ramos do tubo é aberto à atmosfera; o outro está conectado com o depósito que contém o fluido cuja pressão se deseja medir. O fluido do recipiente penetra em parte do tubo em U, fazendo contato com a coluna líquida. Os fluidos alcançam uma configuração de equilíbrio da qual resulta fácil deduzir a pressão manométrica no depósito. Seu princípio de funcionamento consiste na aplicação de pressão num de seus ramos o que provocará o líquido descer por este ramo e a subir no outro. Na condição de repouso (sem aplicação de pressão), como ambos abertos para a atmosfera a força atua nas superfícies consideradas como niveladas e simultaneamente referenciadas ao zero da escala. A pressão indicada é mostrada pela diferença de altura em função do movimento do fluído nos dois ramos e lida através de uma escala graduada, sendo que seu valor numérico é igual ao das leituras acima e abaixo do ponto médio (zero da escala). O Manômetro de Tubo em “U” é um padrão primário porque a diferença na altura entre os dois ramos constitui sempre uma idéia real da pressão independentemente das variações do diâmetro interno dos tubos. (Efeito da capilaridade).

Com o Manômetro de Tubo em “U” podemos fazer três tipos de medição tais como:

1. Medição de Pressão Positiva: maior do que a pressão atmosférica.2. Medição de Pressão Negativa ou de Vácuo: menor do que a pressão atmosférica.3. Medição de Pressão Diferencial: Igual à diferença entre duas pressões aplicadas simultaneamente.

A equação que descreve o funcionamento desse manômetro é mostrada abaixo:

Onde P é a pressão a ser lida, h é a altura da coluna deslocada e δ é a densidade do líquido usado na coluna

Neste tipo de medição ocorre um fenômeno no líquido dentro da coluna, o qual é denominado de menisco. Veja a figura abaixo.

Figura 10 – Formação de menisco

O mercúrio e a água são os líquidos mais utilizados para os manômetros de líquidos e tem diferentes formas de menisco (Fig. 10). No caso do mercúrio, a leitura á feita na parte de cima do menisco, e para a água na parte de baixo do menisco. A formação do menisco é devido ao fenômeno de tubo capilar, que é causado pela tensão superficial do líquido e pela relação entre a adesão líquido-sólido e a coesão do líquido. Num líquido que molha o sólido (água) tem-se uma adesão maior que a coesão. A ação da tensão superficial neste caso obriga o líquido a subir dentro de um pequeno tubo vertical. Para líquidos que não molham o sólido (mercúrio), a tensão superficial tende a rebaixar o menisco num pequeno tubo vertical.

b) Indicadores tipo coluna vertical

Usado para medição de pressão e vácuo, serve como padrão para calibração e aferição de instrumentos de laboratório. Possui um reservatório onde fica armazenado o líquido manométrico e onde se aplica a pressão. A leitura é feita diretamente no ramo vertical.

Figura 11 – Coluna verticalO emprego deste manômetro é idêntico ao do tubo em “U”. Nesse manômetro as áreas dos ramos da coluna são diferentes, sendo a pressão maior aplicada normalmente no lado da maior área. Essa pressão, aplicada no ramo de área maior provoca um pequeno deslocamento do líquido na mesma, fazendo com que o deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume deslocado ser o mesmo e sua área bem menor. Chamando as áreas do ramo reto e do ramo de maior área de

“a” e “A” respectivamente e aplicando pressões P1 e P2 em suas extremidades teremos pela equação manométrica:

Como o volume deslocado é o mesmo teremos:

Substituindo o valor de h1 na equação manométrica, teremos:

Como A é muito maior que a, a equação anterior pode ser simplificada e reescrita. Assim, para o cálculo da pressão em um indicador coluna reta, teremos a seguinte equação:

Onde P1 é a pressão a ser lida, P2 a pressão atmosférica ou pressão de referência, h2 é a altura da coluna deslocada do lado de P2 e δ é a densidade do líquido usado na coluna. Note que estamos a medir a pressão diferencial entre duas pressões.

Indicadores tipo coluna inclinada

Este Manômetro é utilizado para medir baixas pressões na ordem de 50 mmH2O. Sua construção é feita inclinando um tubo reto de pequeno diâmetro, de modo a medir com boa precisão pressões em função do deslocamento do líquido dentro do tubo. A vantagem adicional é a de expandir a escala de leitura o que é muitas vezes conveniente para medições de pequenas pressões com boa precisão (± 0,02 mmH2O).A figura 12 representa o croqui construtivo desse manômetro, onde “a” é o ângulo de inclinação e “a” e “A” são áreas dos ramos. P1 e P2 são as pressões aplicadas, sendo P1 > P2.

Figura 12 – Coluna inclinada (utilizaremos a função seno para o cálculo da pressão)

Sendo a quantidade deslocada, em volume, a mesma e tendo os ramos áreas diferentes, teremos:

Conseqüentemente, a proporção da diferença entre as alturas das duas superfícies do líquido é:

Quanto menores forem a/A e a, maior será a taxa de ampliação. Devido às influências do fenômeno de tubo capilar, uniformidade do tubo, etc. é recomendável utilizar o grau de inclinação de aproximadamente 1/10. A leitura neste tipo de manômetro é feita com o menismo na posição vertical em relação ao tubo reto. O diâmetro interno do tubo reto é de 2 ~ 3mm, a faixa de utilização é de aproximadamente 10 ~ 50mm H2O, e é utilizado como padrão nas medições de micro pressão.

Figura 13 – Demonstração da escala mais sensível

Com a inclinação do tubo indicador, o fluído manométrico realizará um movimento linear muito mais longo, comparado com o tubo vertical para uma mesma dada diferença de pressão. Este tipo de montagem, por exemplo, pode permitir até 400 mm de comprimento de escala representar 30 mm de altura de fluído manométrico na posição vertical. Em função deste aumento, com subdivisões de escala igual a 1,33 mm, poderemos ter uma altura da coluna de líquido correspondente a 0,10mm CA por divisão, usando fluído com densidade 0,826. Para se obter leituras mais exatas e repetitivas, o manômetro de tubo inclinado com reservatório deve ser montado, observando-se as seguintes exigências técnicas:

1. O tubo deve ter seu diâmetro interno calibrado (área da secção do tubo, constante).2. O ângulo de inclinação do tubo indicador deve estar sempre na posição correta, o que é obtido através do nivelamento do aparelho

Após abrangermos os principais medidores de coluna líquida passemos agora ao próximo grupo.

2 - Indicadores tipo elástico

Este tipo de instrumento de medição de pressão baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidade dos materiais. Em 1676, Robert Hooke estabeleceu essa lei que relaciona a força aplicada em um corpo e a deformação por ele sofrida. Em seu enunciado ele disse: “o módulo da força aplicada em um corpo é proporcional à deformação provocada”. Os medidores de pressão baseados nessa lei são confeccionados obedecendo à equação abaixo.

Onde F é o módulo da força aplicada, K é o coeficiente de elasticidade do corpo (obtido em laboratório) e X é a deformação linear do corpo.

Essa deformação pode ser dividida em elástica (determinada pelo limite de elasticidade), e plástica ou permanente. Os medidores de pressão tipo elástico são submetidos a valores de pressão sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim cessada a força a ele submetida o medidor retorna a sua posição inicial sem perder suas características. Esses medidores podem ser classificados em dois tipos, quais sejam:

Conversor da deformação do elemento de recepção de pressão em sinal elétrico ou pneumático.Indicador/amplificador da deformação do elemento de recepção através da conversão de deslocamento linear em ângulos utilizando dispositivos mecânicos.

Funcionamento do medidor tipo elástico.

O elemento de recepção de pressão tipo elástico sofre deformação tanto maior quanto a pressão aplicada. Esta deformação é medida por dispositivos mecânicos, elétricos ou eletrônicos. O elemento de recepção de pressão tipo elástico, comumente chamado de manômetro, é aquele que mede a deformação elástica sofrida quando está submetido a uma força resultante da pressão aplicada sobre uma área específica. Essa deformação provoca um deslocamento linear que é convertido de forma proporcional a um deslocamento angular através de mecanismo específico. Ao deslocamento angular é anexado um ponteiro que percorre uma escala linear e cuja faixa representa a faixa de medição do elemento de recepção.

Principais tipos de elementos de recepção.

A tabela abaixo mostra os principais tipos de elementos de recepção utilizados na medição de pressão baseada na deformação elástica, bem como sua aplicação e faixa recomendável de trabalho.

Tabela 3 – Tipos de medidores elásticos

Vamos iniciar nosso estudo pelo primeiro grupo de instrumentos de medição de pressão conhecido como manômetro tipo bourdon.

Manômetro Tipo Bourdon

Figura 14 – Manômetros bourdon. (a) em “C”, (b) espiral e (c) helicoidal

O manômetro de Bourdon consiste em um tubo com seção oval, que poderá estar disposto em forma de “C”, espiral ou helicoidal (Fig. 14), tem uma de sua extremidade fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida. Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através de engrenagens é transmitido a um ponteiro que irá indicar uma medida de pressão em uma escala graduada. A construção básica, o mecanismo interno e seção de tubo de Bourdon, são mostrados nas figuras a seguir.

Figura 15 – Vista explodida de Manômetro Bourdon

Note que nesse tipo de manômetro a deformação que o “C” sofre seria em direção a se tornar um “I”, sabendo que isso nunca acontece, pois causaria uma ruptura no coeficiente do material. Usamos a analogia apenas para ilustrar o comportamento da haste submetida à pressão. Este elemento não é adequado para baixas pressões,

vácuo ou medições compostas (pressões negativa e positiva), porque o gradiente da mola do tubo Bourdon é muito pequeno para medições de pressões menores que 200 kPa.

Figura 16 – Sentido de funcionamento

O movimento da ponta de Bourdon é amplificado por um sistema de alavancas composto por link, pivô e cremalheira, e transformado em movimento de rotação, através de um pinhão onde em seu eixo é colocado o ponteiro.

Material de Bourdon

De acordo com a faixa de pressão a ser medida e a compatibilidade com o fluido é que determinamos o tipo de material a ser utilizado na confecção de Bourdon. A tabela a seguir indica os materiais mais utilizados na confecção do tubo de Bourdon.

Tabela 4 – Materiais e seus coeficientes

Abaixo temos outra tabela relacionando os materiais e suas aplicações.

Tabela 5 – Materiais e suas aplicações

Classificação dos manômetros tipo Bourdon

Os manômetros tipo Bourdon podem ser classificados quanto ao tipo de pressão medida equanto a classe de precisão. Quanto a pressão medida ele pode ser manométrico para pressão efetiva, vácuo, composto ou pressão diferencial. Quanto a classe de precisão, essa classificação pode ser obtida através das tabelas de Manômetro / vacuômetro e Manômetro composto, a seguir.

Tabela 6 – Classificação dos Manômetros Bourdon

Faixa de operação recomendável

Com exceção dos manômetros utilizados como padrão, a pressão normal medida deve estar

próxima a 75% da escala máxima quando essa variável for estática e próxima a 60% da escala máxima para o caso de medição de pressão variável.

Tipos construtivos de manômetros Bourdon

Manômetro Fechado

Esse tipo tem duas aplicações típicas. Uma para locais exposto ao tempo e outra em locaissujeitos a pressão pulsantes. No primeiro caso, a caixa é constituída com um grau de proteção, definida por norma, que garante a condição de hermeticamente fechada. Podendo, portanto esse manômetro estarsujeito a atmosfera contendo pó em suspensão e/ou jateamento de água. No segundo caso, a caixa é preenchida em 2/3 com óleo ou glicerina para proteger o Bourdon e o mecanismo interno do manômetro contra pressões pulsantes ou vibrações mecânicas. Esse enchimento aumenta a vida útil do manômetro.

A figura 17 mostra um gráfico comparativo típico da relação entre a vida útil de um manômetro convencional e um preenchido com fluido de proteção.

Figura 17 – Aumento da vida útil com glicerina no medidor

Manômetro de pressão diferencial

Este tipo construtivo é adequado para medir a diferença de pressão entre dois pontosquaisquer do processo. É composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposição e interligados por articulações mecânicas. A pressão indicada é resultante da diferença de pressão aplicada em cada Bourdon. Por utilizar tubo de Bourdon, sua faixa de utilização é de aproximadamente 2 kgf/cm2 a 150

kgf/cm2. Sua aplicação se dá geralmente em medição de nível, vazão e perda de carga em filtros.

Figura 18 – Manômetro de Pressão Diferencial

Manômetro duplo

São manômetros com dois Bourdons e mecanismos independentes, utilizados para medir duas pressões distintas, porém com mesma faixa de trabalho. A vantagem deste tipo está no fato de se utilizar uma única caixa e um único mostrador. Porém observe que há dois ponteiros instalados no mesmo mostrador.

Figura 19 – Manômetro tipo dois ponteiros

Manômetro Bourdon tipo espiral ou hélice

São tubos Bourdon enrolados como hélices ou espirais. Nestes casos, o deslocamento do ponto livre é mais acentuado, não necessitando de amplificação mecânica de movimento para a indicação da pressão, o que aumenta a sensibilidade e exatidão do instrumento, pois deixam de existir as perdas introduzidas provocadas pelo conjunto de amplificação mecânica.

Figura 20 – Manômetros espiral e hélice. Leitura mais exata.

Manômetro com selagem líquida

Chamamos de selagem em instrumentação, o sistema utilizado para isolar o fluído de um processo, do seu dispositivo de medição. Os sistemas de selagem devem ser usados sempre que:

a) O fluído do processo for corrosivo ao dispositivo de medição,b) O fluído for um gás com possibilidade de condensação por diminuição de temperatura quando for aplicado ao dispositivo de medição. Ex.: vapor d'água,c) O fluído for um líquido com sólidos em suspensão, d) O fluído for um líquido pastoso,e) O fluído tender a cristalizar-se com variações de temperatura ao ser aplicado ao dispositivo de medição, Ex.: óleo A.P,F,f) O fluído não puder permanecer parado no dispositivo de medição, Ex.: medicamentos, leite, etc.g) O fluído for periculoso,

Isola-se os dispositivo de medição do processo, através de uma coluna líquida ou selo volumétrico. Os tipos de líquido de selagem usados dependem das características químicas e físicas de processo, sendo os mais utilizados: glicerina, querosene, óleos, glicol, água, etc. O sistema de selagem líquida, normalmente é feito por um pote de selagem, que consiste de um reservatório, onde o isolamento é feito pela diferença de densidade dos líquidos de processo e de selo. A pressão exercida pelo processo irá pressionar o líquido de selo para o dispositivo de medição, conforme figura 21. A outra selagem se faz com a utilização de um diafragma isolando o líquido de selagem do processo. O fluido de selagem mais utilizado nesse caso é a glicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos. Este método é o mais utilizado e já é fornecido pelos fabricantes quando solicitados.

Figura 21 – Selagem líquida à esquerda e selagem com diafragma à direita (selo volumétrico)

Caso se optar pelo sistema de pote de selagem, quando o elemento de medição estiver colocado abaixo da tomada de medição, o líquido de selo deve ter maior densidade do que o fluído de processo e vice-versa quando o medidor estiver acima da tomada de medição, conforme figura 21.

Figura 22 – Esquema de selagem

Em situações em que estivermos, lidando com fluídos viscosos, ou corrosivos ou solidificantes, usaremos a selagem volumétrica, que consiste em criar uma câmara de isolação entre medidor e processo podendo a câmara se estender via um capilar, conforme figura 23.

Figura 23 – Selo volumétrico

Para baixas pressões o fluído de selo pode ser ar e para pressões superiores a 2 kgf/cm2, deve-se usar líquidos com alto ponto ebulição, baixo coeficiente de expansão, baixo ponto de solidificação e não serprejudicial ao diafragma, como mistura de etileno, glicol e água, querosene, glicerina, etc.

Para se efetuar o enchimento nos sistemas de selagem volumétrica, utiliza-se uma bomba de vácuo, conforme a figura 24.

Figura 24 – Enchendo o selo volumétrico

Primeiramente, fazemos vácuo no Bourdon e, em seguida, abrimos lentamente a válvula de bloqueio do óleo de selagem, o qual preencherá totalmente o volume do Bourdon.

Acessórios para manômetro tipo Bourdon

1 - Amortecedores de pulsação

Os amortecedores de pulsação têm por finalidade restringir a passagem do fluido do processo até um ponto ideal em que a freqüência de pulsação se torne nula ou quase nula. Esse acessório é instalado em conjunto com o manômetro com objetivo de estabilizar ou diminuir as oscilações do ponteiro em função do sinal pulsante. Esta estabilização do ponteiro possibilita a leitura da pressão e também aumenta a vida útil do instrumento. Os amortecedores de pulsação podem ser adquiridos com restrição fixa ou ajustáveis. A figura 21 mostra alguns tipos de amortecedores de pulsação encontrados no mercado. Os amortecedores abaixo tem um tempo de resposta à pulsação de aproximadamente 2,5 segundos.

Figura 25 – Tipos de amortecedores de pulsação

A - amortecedor de pulsação ajustável, dotado de disco interno com perfuração de diâmetrovariável. Através da seleção dos orifícios do disco interno, escolhe-se o que apresentamelhor desempenho.B - Amortecedor de pulsação não ajustável, dotado de capilar interno de inox.C - Amortecedor de golpes de aríete, com corpo de latão e esfera bloqueadora de aço.D - Válvula de agulha, supressora de pulsação com regulagem externa. Para encontra oponto de melhor desempenho, abre-se a válvula quase totalmente, em seguida vai-sefechando gradativamente, até que o ponteiro do instrumento estabilize.

2 – Sifões

Os sifões são utilizados, além de selo, para “isolar” o calor das linhas de vapor d’água ou líquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento de pressão. O líquido que fica retido na curva do tubo-sifão esfria e é essa porção de líquido que irá ter contato com o sensor elástico do instrumento, não permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo.

Figura 26 – Tipos de sifão

O emprego do sifão objetiva a retenção, junto ao instrumento, de uma selagem que se forma naturalmente, do próprio fluído de processo, que em instalações na vertical, retornaria ao vaso ou a tubulação. Seu uso é recomendado para vapores condensáveis em alta temperatura, tipicamente vapor d’água superaquecido. Os sifões são metálicos, feitos em geral de aço, tendo diâmetros que variam entre 1/4 in e 1/2 in. O seu uso, então, procura evitar alterações na elasticidade do elemento sensor, devido às altas temperaturas, que não devem exceder, em geral, 65,5º C.

Figura 27 – Selagem com sifão

3 – Supressor de pressão

Esse acessório tem por finalidade proteger os manômetros de pressões que ultrapassem ocasionalmente, as condições normais de operação. Ele é recomendável nesses casos para evitar ruptura do elemento de pressão. Seu bloqueio está relacionado com a velocidade do incremento de pressão. Seu ponto de ajuste deve ser atingido de modo que com incremento lento de pressão seu bloqueio se dê entre 80 a 120% do valor da escala. Nesta condição, o bloqueio se dará em qualquer valor inferior

a 80% no caso de incrementos rápidos de pressão. Para manômetros com escala inferior a 3 kgf/cm² seu bloqueio poderá situar-se em até 130% do valor da escala.

Figura 28 – Supressor de pressão. Uma espécie de fusível contra excesso pressão.

Pode se ter ainda vários acessórios para utilização com os manômetros industrias, estes acessórios são utilizados para fins de amortecimento da linha, válvulas de dreno e sangria,válvulas de equalização de pressão, observe na foto abaixo exemplos de acessórios,sendo que o sifão de resfriamento é um dos acessórios utilizados em nossa planta de energia com manômetros industriais.

Figura 29 – Outros acessórios de bourdon

Fatores de Erro em Bourdon

Temperatura

As variações de temperatura ambiente são responsáveis pela variação na deflexão do tubo de bourdon. A maioria dos materiais tem seu módulo de elasticidade diminuído com a temperatura. O NI-SPAN é uma exceção pois possui módulo de elasticidade constante. Existe, portanto a possibilidade de, para umamesma pressão, o bourdon apresentar diferentes deflexões pela simples variação da temperatura ambiente. A correção deste erro é feita através de um bi metálico acoplado ao mecanismo.

Pressão Atmosférica

O bourdon pode apresentar erro com a mudança da pressão atmosférica, principalmente quando ocorre a variação da temperatura ambiente

Calibração

Ajuste do zero que é feito colocando-se o ponteiro no valor mínimo da escala com o tubo de Bourdon em estado de repouso, isto é, pressão interna do tubo igual à pressão atmosférica. Nesta posição, uma vez que este manômetro mede a pressão diferencial, o valor medido deve ser rigorosamente zero.

Figura 30 – Medidor de pressão bourdon espiral simples e duplo

Manômetro tipo Diafragma

Este tipo de medidor utiliza o diafragma para medir determinada pressão, bem como para separar o fluido medido do mecanismo interno. Antes foi mostrado o manômetro tipo de Bourdon que utiliza selagem líquida. Aqui, explica-se o medidor que utiliza um diafragma elástico. A figura 31 mostra este tipo de medidor. A área efetiva de recepção de pressão do diafragma muda de acordo com a quantidade de deslocamento. Para se obter linearidade em função de grande deslocamento, deve-se fazer o diâmetro com dimensões maiores. A área efetiva do diafragma é calculada pela seguinte equação.

Onde a é o diâmetro livre do diafragma e b é o diâmetro da chapa reforçada

E ainda, a quantidade de deslocamento é calculada pela seguinte equação:

Onde S é o deslocamento (mm), P a pressão do diafragma (kgf/cm2) e Cd é a rigidez do diafragma dado em mm/kgf

Figura 31 – Manômetros diafragma

É constituído por um disco de material elástico (metálico ou não), fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada. São os mais comumente usados, com grande vantagem sobre os de bourdon, por registrarem baixas pressões, o que não é o forte do bourdon, além de serem robustos, compactos e econômicos. Geralmente, são designados pelo símbolo “DG” (draft-Gage). O diafragma é flexível, liso ou com corrugações concêntricas, feito de uma

lâmina metálica com dimensões exatas. Geralmente é ondulado ou corrugado para

aumentar sua área efetiva. Às vezes usam-se dois diafragmas, soldados juntos pelas extremidades, constituindo uma cápsula. Fazendo-se o vácuo destas cápsulas, consegue-se a detecção da pressão absoluta. A sensibilidade da cápsula ou do diafragma aumenta proporcionalmente ao seu diâmetro. Quanto maior a cápsula ou o diafragma, menores faixas e diferenças de faixa de pressão podem ser medidas.

Abaixo alguns desenhos mostrando os principais tipos de diafragma e suas formas.

Figura 32 – Formato dos diafragmas usados nos manômetros

Manômetros de Fole

O fole (fig. 33) é também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado, fabricado com uma lâmina fina de bronze fosforoso, aço inoxidável ou outros materiais de boa flexibilidade. Esse corrugado, sanfona ou fole no círculo exterior tem a capacidade de expandir-se e contrair-se em função de pressões aplicadas no sentido do eixo. Como a resistência à pressão é limitada, é usada para baixa pressão. A área efetiva do elemento receptor de pressão do fole é mais ou menos definida pela equação:

Onde Ae é a área efetiva do receptor de pressão, OD o diâmetro externo (mm) e ID o diâmetro interno (mm)

E ainda, a quantidade de deslocamento do fole é representada pela seguinte equação:

Onde S é o deslocamento (mm), P a pressão diferencial do diâmetro do fole (kgf/cm²) e Cb a rigidez do fole

Figura 33 – Indicador acionado por fole

Funcionamento: quando uma pressão é aplicada ao interior do fole, provoca sua contração, e como ela tem que "vencer" a flexibilidade do material, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada. Do mesmo modo, se a pressão por aplicada a parte externa, provocará a contração do fole. O Manômetro de Fole é muito utilizado em

conversores de sinal P/I para efetuar a conversão de sinais pneumáticos (3-15 psi) em sinais elétricos (4-20 ma) e no mais variado tipo de instrumentação pneumática, como indicadores, registradores e controladores.

Recomendações – Durabilidade (Elásticos)

A escolha do range do instrumento de pressão a ser utilizado depende fortemente das condições de operação a que este estará submetido. Um range muito baixo pode causar fadiga do material, devido às altas tensões desenvolvidas durante uma condição anormal de sobre-pressão. Já ranges muito elevados levam a baixas resoluções (as leituras tornam-se imprecisas principalmente quando houver vibrações no sistema).

Para garantir uma boa durabilidade:

A pressão máxima na qual o medidor será continuamente operado não deverá exceder a 75% do valor máximo que o instrumento está especificado para suportar.

O valor final da escala (limite superior do range) deverá ser, aproximadamente,o dobro da pressão normal de operação.

Manômetro tipo peso morto

O manômetro tipo peso morto, também denominado de manômetro de peso estático, é utilizadopara calibrar medidores de pressão tipo elástico, tais como tubo de bourdon, etc., e como manômetro padrão de altas pressões.

Figura 34 – Manômetro calibrador por peso morto

Na figura 34 com a válvula agulha do reservatório de óleo aberta, o óleo contido no reservatório é sugado por meio do volante fixado no pistão roscado. Em seguida fecha-se a válvula do reservatório e comprime o óleo existente dentro do cilindro girando o volante da bomba de pressurização. A pressão aplicada faz com que o óleo suba no lado onde se está aplicando o peso e no lado onde se localiza o manômetro a ser

ajustado. Quando o peso se equilibra com a pressão aplicada ajusta-se o manômetro. A pressão do óleo “P” é indicada na equação abaixo.

Onde: W é o peso (kgf) do êmbolo e peso aplicado, A é a área efetiva de recepção da pressão de êmbolo e P é a pressão (kgf/cm²)

Por isso, medindo-se antecipadamente a área efetiva de recepção de pressão “A”, pode-se obter a pressão equivalente ao peso. Se no manômetro tipo peso morto escolher a área efetiva de recepção de pressão “A”, pode-se aumentar a faixa de medição e obter-se a pressão com alta precisão e de faixa ampla de 3000 kgf/cm2 (aproximadamente 294 MPa) até 0,005 kgf/cm2 (aproximadamente 490 Pa).

A definição de área efetiva é conforme a norma de medição, e a fórmula de cálculo é a seguinte:

Onde: d = diâmetro do êmbolo

A tabela abaixo indica os tipos de líquidos utilizados no manômetro tipo peso morto.

Tabela 7 – Tipos de fluídos usados em manômetro peso morto

Simplificando seu funcionamento, as massas calibradas são colocadas na plataforma de um pistão até que duas marcas de referência fiquem adjacentes. Neste ponto, a força peso exercida pelas massas se iguala à força exercida pela pressão sobre a superfície interna do pistão. Infelizmente este instrumento não é muito adequado para aplicação industrial, mas, por permitir medidas com alto grau de exatidão, é muito usado como padrão em laboratórios

Figura 35 – Ilustração do funcionamento e foto de um manômetro peso morto

Alguns tipos de manômetros elásticos utilizam mostradores diferenciados

Manômetros com ponteiro de arraste

Os manômetros com ponteiro de arraste são aplicáveis em equipamentos onde haja variações rápidas da pressão que impossibilitam o operador observar qual a pressão máxima atingida. Nestes casos o ponteiro de arraste torna-se indispensável.

O ponteiro é arrastado para cima pelo ponteiro indicador, permanecendo no ponto máximo mesmo quando o ponteiro indicador retorna a posição mais baixa, por esta razão é denominado "ponteiro de arraste" para registro de máxima pressão.

Figura 36 – Ponteiro de arraste

Manômetros anti-vibrante com Glicerina

Manômetro com sensor tipo Bourdon construído em caixa de latão forjado com anel de encaixe externo, com recheio de glicerina (líquido anti-vibrante). São aplicáveis em instalações onde haja excessiva vibração mecânica e pulsação em medições associadas com cargas dinâmicas envolvendo rápidas alterações da linha. Esse recurso não deve ser confundido com a selagem por líquido.

Em manômetros secos estas condições levam a uma acentuada redução de vida e deterioração do movimento de engrenagens. O enchimento com líquido garante a precisão do instrumento, facilidade de leitura pela minimização de oscilações das partes. Opera com gases e líquidos não agressivos às ligas de latão, e, que não sejam viscosos ou cristalizáveis.

Figura 37 – Anti-vibração com uso de glicerina

Manômetro petroquímico com caixa de Fenol

Manômetro com sensor tipo Bourdon, construído em caixa de Fenol tipo torre, frente aberta e internos em aço inoxidável. Suas principais aplicações são em indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, papel e celulose, usinas de açúcar e álcool e equipamentos industriais que exigem precisão e durabilidade.

Sua caixa com anel em polipropileno roscado oferece perfeita vedação às intempéries, impactos ou agressão química do ambiente. Este modelo possibilita a instalação de contato elétrico ou enchimento de glicerina (G), silicone (S) ou outro líquido.

Figura 38 – Caixa de Fenol. Vedação perfeita

Manômetro de teste Padrão

Manômetro padrão, sistema Bourdon, construído em caixa de aço carbono pintado em epoxi preto, internos em aço inox AISI-304, para teste, calibração e aferição de instrumentos de pressão com aplicação em laboratórios de instrumentação, no campo ou em linha de produção industrial, onde estreita precisão e alta legibilidade são exigidas.

O mostrador, com escala em arco de 270o e subdivisões que permitem perfeita interpolação na leitura é complementado por uma faixa espelhada ao seu redor, refletindo a extremidade do ponteiro, minimizando a possibilidade de erros por paralaxe. Precisão: ±0,25% do fim de escala.

Figura 39 – Manômetro padrão tem mostrador espelhado

Instalação de manômetros

Figura 40 – Esquema de ligação de manômetros e acessórios

Recomendações para uso

a) Quando escolher o local de instalação é conveniente determinar um lugar com pouca variação de temperatura, perto da origem de medição de pressão e de pouca pulsação e vibração. Observar o compromisso entre tais condições.

b) Construir a tubulação mais curta possível evitando locais onde existam umidade e gases corrosivos. Deve-se escolher materiais não corrosivos e não oxidantes e deve-se considerar a durabilidade da tubulação.

c) Deve-se colocar válvulas de bloqueio na tomada de impulso de pressão para se fazer com facilidade a manutenção.

d) Na medição de gases que condensam com facilidade tais como vapor e gás úmido, é preciso tomar cuidado na colocação de pote de condensação com dreno, para evitar acúmulo de água na parte molhada do medidor.

Medidores especiais de pressão

Até agora vimos os manômetros estritamente mecânicos baseados na reação física de materiais submetidos à pressão. Porém, como em toda área de tecnologia moderna, a eletrônica também chegou no campo de instrumentação industrial, inclusive na área de medição de pressão e outras grandezas. Podemos medir a pressão através de dispositivos baseados em componentes eletrônicos e eletrotécnicos, que compõe a classe de medidores especiais de pressão, também conhecidos por transdutores ou sensores.

Os transdutores são elementos de medição que convertem a pressão de entrada em um sinal elétrico proporcional. Veremos adiante que eles não se limitam apenas à grandeza pressão, mas também se aplicam em medição de temperatura, nível e vazão. Sem dúvida, o que for abrangido aqui na seção sobre pressão se aplicará também às outras grandezas.

O sinal gerado pode ser milivolt (mV), miliampere (mA), resposta de frequência ou largura de um pulso (mS), que são causados pela mudança da propriedade física dos transdutores ao ser alimentado por uma fonte de energia (C.C. ou C.A).

Figura 41 – Funcionamento de um transdutor

Existe a necessidade de um circuito que converta a variação de resistência, indutância ou capacitância em sinal padronizado a fim de que se possa fazer a leitura por algum instrumento de indicação ou registro. Dependendo do tipo de transdutor, o circuito de medição pode ser em ponte de resistência, amplificador C.C, conversor analógico digital, demodulador, etc.

Os sensores de pressão eletrônicos podem ser dos tipos distintos: ativos e passivos. O sensor ativo é aquele que gera uma militensão sem necessitar de nenhuma polarização ou alimentação. O sensor eletrônico passivo é aquele que varia a resistência, capacitância ou indutância em função da pressão aplicada. Ele necessita de uma tensão de alimentação para funcionar. Temos os seguintes tipos de transdutores:

1. Indutivo2. Relutante3. Capacitivo

4. Eletromagnético5. Piezoelétrico6. Resistivo

7. Potenciométrico8. Strain gauge9. Fotocondutivo

10. Fotovoltaico11. Termelétrico12. Ionizante

Transdutor de Pressão Indutivo

O sensor indutivo converte a variável de processo medida em uma variação da auto-indutância elétrica de uma bobina. As variações da indutância podem ser causadas pelo movimento de um núcleo ferromagnético dentro da bobina ou pelas variações de fluxo introduzidas externamente na bobina com núcleo fixo. Há transmissores eletrônicos, a balanço de forças, que utilizam (ou utilizavam) bobinas detectoras para a medição da pressão.

Figura 42 – Transdutor indutivo

Vantagens

Particularmente confiável: Os transdutores de pressão indutivos oferecem um design robusto baseado em corpos de medição de aço monolítico (uma só peça), bem como uma excelente proteção contra sobrecarga e longa vida útil.Particularmente resistente: Mesmo em condições de ambiente extremamente adversas - os transdutores de pressão indutivos são à prova de corrosão e oferecem proteção.Particularmente dinâmico: Os transdutores de pressão indutivos baseados em tecnologia strain gage proporcionam resultados confiáveis mesmo em aplicações altamente dinâmicas com elevados números de ciclos de carga - para pressões mínimas até 15.000 bar.

Figura 43 – Alguns modelos comerciais de transdutores indutivos.

Transdutor de pressão indutivo relutante (diferencial)

O tipo de transdutor indutivo mais frequentemente usado para medição de pressão, é o transdutor com transformador diferencial de núcleo variável, conhecido por "LVDT". Consiste em uma bobina primária (bp) disposta em forma concêntrica, em duas bobinas secundárias (bs1 e bs2). Estando o núcleo de ferro doce em posição simétrica com relação às duas bobinas secundárias, haverá indução de tensão idêntica nestas duas bobinas (fig. 44).

Figura 44 – Transdutor LVDT

Se o núcleo for deslocado desta posição, o acoplamento indutivo sofrerá uma alteração que farásurgir tensões diferentes (U2a e U2b). Ligando-se as duas bobinas secundárias em oposição, obter-se-áum sinal de saída conforme pressão aplicada. A relação entre o sinal de saída e a pressão é expressaabaixo:

Onde: U é a tensão elétrica, s o curso da mola, K o grau de acoplamento e P a Pressão aplicada

O grau de acoplamento (K) é determinado pelas propriedades eletromagnéticas do transformador diferencial. O curso, em função da pressão aplicada é normalmente provocado por elementos elásticos como diafragmas. Este tipo de transdutor pode medir ampla faixa de pressão, porém são sensíveis a vibrações e campos magnéticos. Produz variações de sinal até 1,5 V, o que despreza o uso de pré-amplificadores e podem medir ampla faixa de pressão.

Figura 45 – Transdutor LVDT representação esquemática simplificada

Transdutor de pressão capacitivo

Um capacitor possui a capacidade de armazenar energia na forma de um campo eletrostático e também pode se opor a variações de tensão (reatância capacitiva). É constituído por um par de placas condutoras por um material isolante (dielétrico) e o valor da capacitância é dado através da expressão matemática:

Onde C é a capacitância, A a área de placas, d a distância entre placas e K a constante dielétrica

Baseado neste princípio foi desenvolvido a célula capacitiva para medição de pressão (ou pressão diferencial), que é formada por duas placas fixas em estrutura isolante (vidro) e entre as placas um diafragma sensor (fig.42)

Figura 46 – Transdutor capacitivo

As pressões P1 e P2 são aplicadas sobre dois diafragmas isoladores que transmitirão através de um líquido de enchimento (dielétrico) a pressão diferencial ao diafragma sensor. A alteração da distância relativa entre as placas provoca a alteração da capacitância que é conectada a circuitos eletrônicos responsáveis pela conversão em sinal analógico.

Figura 47 – Altera-se a distância entre as placas (a) ou o nível de dielétrico (b)

Portanto, um transdutor capacitivo consiste de um diafragma de medição que se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o móvel existe um líquido de enchimento que funciona como um dielétrico. Visto que um capacitor de placas paralelas é constituído por duas placas paralelas separadas por um meio dielétrico, ao sofrer o esforço de pressão, o diafragma móvel (que é uma das placas do capacitor) tem sua distância modificada em relação ao fixo. Isso gera uma mudança na capacitância, podendo-se medir a pressão.

De um modo geral, transdutor é o elemento, dispositivo ou instrumento que recebe a informação na forma de uma quantidade e a converte para informação para esta mesma forma ou outra diferente. Aplicando este definição, são transdutores: elemento sensor, transmissor, transdutor corrente para pneumático (i/p) e pneumático para corrente (p/i), conversor eletrônico analógico para digital (A/D) e conversor digital para analógico (D/A).

Figura 48 – Diagrama do transdutor capacitivo

A principal característica dos sensores capacitivos é a total ausência de sistema de alavancas na transferência da força/deslocamento entre o processo e o sensor. Apesar de solucionar o problema mecânico, surge outro problema – a exposição ao calor. Para combater esse inconveniente que poderia produzir leituras incorretas, utiliza-se de circuitos sensíveis ao calor para compensar possíveis desvios. Outro inconveniente desse tipo de sensor é a falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras devido à deformação não linear. Novamente

Figura 49 – Vista explodida do transdutor capacitivo

emprega-se um circuito para fazer a compensação da linearidade.

Transdutor eletromagnético

O sensor eletromagnético converte a variável de processo medida em uma força eletromotriz induzida em um condutor pela variação no fluxo magnético, na ausência de excitação. A variação no fluxo feita é usualmente pelo movimento relativo entre um eletromagneto e um magneto ou porção de material magnético.

Figura 50 – Transdutor eletromagnético

Transdutor piezoelétrico

O sensor piezoelétrico converte uma variável de processo medida em uma variação de carga eletrostática (Q) ou voltagem (E) gerada por certos materiais quando mecanicamente estressados. O stress é tipicamente de forças de compressão ou tração ou por forças de entortamento exercida no cristal diretamente por um elemento sensor ou por um elo mecânico ligado ao elemento sensor.

Figura 51 – Transdutor piezoelétrico

Quando o transdutor é submetido a uma carga de pressão, o diafragma sofre uma deflexão, gerando variações nas resistências implantadas, de acordo com o efeito piezo resistivo. A espessura do diafragma, a área da superfície e o desenho geométrico dos resistores determinam a permissibilidade da faixa de pressão. Efeitos mecânicos do suporte nas células de medição podem largamente ser evitados pelos aspectos estruturais.

Devido a suas características funcionais e sensibilidade, podem ser montados em tamanhos relativamente reduzidos, o que permite sua aplicação em áreas variadas como:

Medidores de pressão sanguínea;Sistemas de injeção eletrônica;Sistemas de robótica;Controle de pressão em micro bombas;Concentradores de oxigênio e respiradores;Controladores de nível e transmissão de fluidos.

Transdutores resistivos

O sensor resistivo converte a variável de processo medida em uma variação de resistência elétrica. As variações de resistência podem ser causadas em condutores ou semicondutores (termistores) por meio de aquecimento, resfriamento, aplicação de tensão mecânica, molhação, secagem de certos sais eletrolíticos ou pelo movimento de um braço de reostato.

Figura 52 – Transdutor resistivo

Transdutores potenciométricos

O sensor potenciométrico converte a variável de processo medida em uma variação de relação de voltagens pela variação da posição de um contato móvel (wiper) em um elemento resistivo, através do qual é aplicada uma excitação. A relação dada pela posição do elemento móvel é basicamente uma relação de resistências.

Figura 53 – Transdutor potenciométrico

Transdutores de pressão strain gauge

O sensor strain gauge converte a variável de processo medida em uma variação de resistência em dois ou quatro braços da ponte de Wheatstone. Este princípio de transdução é uma versão especial da transdução resistiva, porém, ela envolve dois ou quatro sensores strain gauges resistivos ligados em uma ponte de Wheatstone polarizada, de modo que a saída é uma variação de voltagem.

Figura 54 – Configuração Wheatstone para Transdutor Strain Gauge

Temos dois tipos de transdutores na família Strain Gauge. O primeiro que veremos logo abaixo é o extensômetro, e o segundo é o transdutor por cristal de silício.

Extensômetro

É um dispositivo que mede a deformação elástica sofrida pelos sólidos quando estes são submetidos a pressões. Trata-se de fitas metálicas fixadas nas faces de um corpo a ser submetido ao esforço de tração ou compressão e que tem sua seção transversal e seu comprimento alterado devido a esse esforço imposto ao corpo.

Figura 55 – Princípio de construção de fita extensiométrica

Da física tradicional sabemos que um material ao sofrer uma flexão, suas fibras são submetidas a duas forças: tração e compressão e essas forças variam a resistência elétrica desse material em função de uma pressão exercida nele. A alteração da resistência de um condutor elétrico sob carga mecânica é denominada de "efeito piezo resistivo". É produzido em função da alteração das características físicas de um fio metálico fino ou de uma folha metálica delgada colocada a uma base de baquelite ou cerâmica (fig. 45).

Figura 56 – Extensômetro não colado (a) e colado (b)

São conhecidos popularmente por "Strain Gauge" e são usados como sensores de transmissor de pressão e célula de carga. Os sensores não colados possuem boa precisão a alta sensibilidade, mas, são sujeitos à falta de repetibilidade ao longo tempo. Os sensores colados ainda que menos sensíveis, são mais estáveis.

O circuito de medição é do tipo ponte de resistências balanceada (Ponte de Wheatstone), onde o sensor extensométrico faz parte de um lado da ponte (fig. 46). Quando existe uma variação de resistência no sensor, a ponte é desequilibrada e a tensão de desequilíbrio é proporcional à pressão aplicada. A única exigência desse dispositivo é com relação à estabilidade da fonte de alimentação que deve ser de boa

qualidade. As compensações de temperatura são realizadas incorporando um sensor de temperatura em um dos lados da ponte em oposição ao extensômetro.

Na figura abaixo, vemos que a ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras extensiométricas é o circuito em ponte de Weatstone. No primeiro desenho à esquerda ainda vemos uma outra vantagem nessa configuração e tipo de construção; não teremos a tão temida variação de temperatura no sensor, pois todos os componentes da ponte estão montados dentro do mesmo invólucro.

Figura 57 – Extensômetro

Transdutor de pressão por silício

Além dos sistemas descritos até agora, existe atualmente a aplicação de semicondutores como elementos ativos que se baseiam na alteração da resistividade de um cristal (silício) através de tensões mecânicas. Embora o silício seja altamente resistente à corrosão é necessário isolá-Io do fluído de processo através de uma cápsula que transmite as variações de pressão por um fluído de selo ao semicondutor (fig.47).

Figura 58 – Transdutor de pressão por silício

Os transdutores de pressão por silício são sensores que convertem a grandeza física pressão em sinal elétrico. Em seu centro existe uma célula de medição que consiste em uma pastilha com um fino diafragma de silício acoplado, formando um wafer – o silício é implantado por difusão e dopado (contaminado) com arsênio, formando um

semicondutor do tipo-n, no qual caminhos resistivos são formados pela implantação iônica para transferir o nível exato de força a um circuito ponte de Wheatstone de silício.

Figura 59 – Outras configurações de Transdutor de pressão por silício

Outros transdutores para outras aplicações

1. Transdutores fotocondutivos

O sensor fotocondutivo converte a variável de processo medida em uma variação de resistência elétrica (ou condutância) de um material semicondutor devido à variação da quantidade de luz incidente neste material. Este tipo de transdutor se aplica mais à área de eletrônica. Ex. cilindro de fotocopiadora.

Figura 60 – Transdutor fotocondutivo

2. Transdutores fotovoltaicos

O sensor fotovoltaico converte a variável de processo medida em uma variação de tensão elétrica de um material semicondutor devido à variação da quantidade de luz incidente em junções de certos materiais semicondutores.

Transdutores termoelétricos

O sensor termoelétrico converte a variável de processo medida em uma variação de força eletromotriz gerada pela diferença de temperatura entre duas junções de dois materiais diferentes, devido ao efeito Seebeck.

Figura 61 – Transdutor termoelétrico

Transdutores iônicos

O sensor iônico converte a variável de processo medida em uma variação da corrente de ionização existente entre dois eletrodos.

Figura 62 – Transdutor iônico

Exercícios resolvidos (21 questões)

Transpetro – TÉCNICO(A) DE AUTOMAÇÃO ICargo 9.

1 - 26 Uma medida de pressão manométrica de 8 bar, em um circuito pneumático ao nível do mar, corresponde, aproximadamente, a uma pressão:

(A) manométrica de 9 psi.(B) manométrica de 9 atm.(C) não manométrica de 9 psi.(D) não manométrica de 8 atm.(E) não manométrica de 9 kgf/cm2.

R.

2 - 33 Materiais piezoelétricos, de uso comum em instalações de instrumentação, são transdutores que convertem energia:

(A) mecânica em elétrica e vice-versa.(B) química em elétrica e vice-versa.(C) gravitacional em elétrica apenas.(D) magnética em elétrica apenas.(E) Mecânica em elétrica apenas.

R.

3 - 35 Nos circuitos hidráulicos industriais assumem-se, para o fluido hidráulico, as hipóteses de:

(A) incompressibilidade e viscosidade não nula, com perda de carga.(B) incompressibilidade e viscosidade nula, com perda de carga.(C) compressibilidade e viscosidade nula, com perda de carga.(D) compressibilidade e viscosidade não nula, com perda de carga.(E) compressibilidade e viscosidade nula, sem perda de cargaR.

Embasa. Cargo – Técnico em automação e controle

4 - Acerca de algumas das grandezas comuns em controle industrial e seus instrumentos de medição, julgue os seguintes itens.

51 - A unidade de medida de pressão é o pascal, Pa. Caso a pressão seja medida no vácuo, isto é, sem condições atmosféricas, a unidade de medida é o pascal efetivo. (x)Certo ( )ErradoR.

Petrobrás. Cargo - Técnico em montagem e instrumentação. Prova 37

5 - Com relação a instrumentos para medida de grandezas físicas, julgue os itens a seguir.

51 O manômetro de tubo em U é um equipamento que permite a medição da diferença de pressão entre dois pontos e, por isso, dispensa calibração. ( )Certo (x)Errado

R.

Existem instrumentos para medida de pressão absoluta e de pressão relativa. Com relação a esse assunto, julgue os itens que se seguem.

6 - 56 O barômetro de mercúrio permite, em diversas aplicações, a medição da pressão absoluta. (x)Certo ()Errado

R.

Os manômetros e vacuômetros são dispositivos instalados em tubulações para monitorar parâmetros de pressão de fluido em seu interior. Com relação a esses dispositivos, julgue o item que se segue.

7 - 70 Para a instalação de manômetros e vacuômetros, é necessário construir uma linha paralela à linha a ser monitorada. ( )Certo (x)Errado

R.

Os instrumentos para medição de pressão podem ser classificados segundo algumas categorias, de acordo com o seu fundamento. Por exemplo, os instrumentos podem funcionar com base na gravidade, na deformação elástica, no comportamento dos gases e na saída elétrica. Com relação a esse assunto, é correto afirmar que:

8 - 71 o tubo de Bourdon é um exemplo de instrumento de medição de pressão que utiliza o princípio da gravidade. ( )Certo (x)Errado

R.

9 - 72 o manômetro de tubo em U fornece a leitura da pressão absoluta em um ponto monitorado. ( )Certo (x)Errado

R.

10 - 73 o pistão de peso morto é um instrumento para medição de pressão embasada na gravidade. (x) Certo () Errado

R.

Sensores usados para a medida de grandezas físicas são alguns dos elementos mais importantes em instalações de instrumentação. Com relação a esses elementos, julgue os itens que se seguem.

11 - 99 Com o uso de dispositivos denominados strain gauges em conjunção com outros componentes mecânicos e eletrônicos, é possível a construção de alguns tipos de dispositivos que permitem a medida de pressão em fluidos, que pode ser convertida em um sinal elétrico, e depois convertida para a forma digital, por conversores apropriados, e lidos por computadores digitais. (x)Certo ( )Errado

R.

Petroquímica Suape. Cargo - Técnico em automação Senior

R. alternativa C

Petrobrás. Técnico em manutenção Junior. Prova 39

12 - 27 Sabendo-se que um fluido de peso específico γ kgf/m3 percorre L metros de duto em T segundos, e que a aceleração da gravidade no local vale g m/s2, conclui-se que a pressão dinâmica P é

(A) P = γ.L2/(2.g.T2)(B) P = γ.L/(2.g.T)(C) P = γ.L2/(g.T2)(D) P = γ.L/(g.T)(E) P = γ.L2/(g.T)

R.

13 - 51 Uma prensa hidráulica possui dois êmbolos de área S1 igual a 50 cm2 e área S2 igual a 100 cm2. Considerando-se a aceleração da gravidade local igual a 10 m/s2, qual deve ser a força, em N, exercida no êmbolo S2 para sustentar uma carga de 2.000 kg no êmbolo S1?

(A) 2.000(B) 4.000(C) 20.000(D) 40.000

(E) 50.000

R. Se resolvermos esse exercício somente pela equação teremos o resultado de 4000 kgf para em S2 para sustentar a carga de 2.000 kgf em S1. Porém como o exercício pede em Newtons temos que multiplicar esse valor pela aceleração da gravidade para termos o resultado. Como a aceleração dada no exercício é aproximada em 10 m/s² o resultado fica 4000 x 10 = 40.000 N

14 - Desprezando-se o peso específico do ar, qual é a pressão registrada no manômetro metálico do reservatório ilustrado acima?(A) (2000.√² −1400) N/m2

(B) (2000.√² +1400) N/m2

(C) (1400.√² −2000) N/m2

(D) (1400.√² +2000) N/m2

(E) 2000. √²N/m2

R.

Petrobrás. Cargo Técnico em manutenção Junior – instrumentação. Prova 33

15 - Um fluido incompressível de densidade igual a 0,8 escoa em regime permanente pelo conduto ilustrado na figura acima, na qual a velocidade no ponto A é de 2 m/s e a velocidade no ponto B é de 1 m/s. Sabendo-se que a perda de carga é de 0,4 mH2O e

que a pressão no ponto A é de 5 mH20, qual é a pressão no ponto B? DADO: A aceleração da gravidade é igual a 10 m/s2.

(A) 2,4 mH20(B) 3,6 mH20(C) 4,8 mH20(D) 6,2 mH20(E) 7,2 mH20

R.Sanepar. Técnico em automação industrial 2004

16 - 19 - Para se determinar a massa específica de um certo líquido montou-se o experimento mostrado na figura abaixo. Sabendo que a massa específica da água (ρ água) é de 1000 kg/m3 e considerando que a pressão atmosférica é igual a 105 Pa e aceleração da gravidade é igual a 10 m/s2, assinale a alternativa correta.

a) Se X = 25 cm, Y = 30 cm e Z = 50 cm então a massa específica do líquido é igual a 800 kg/m3.b) Se o líquido tiver massa específica igual a 1250 kg/m3 então o valor da altura Z será maior do que X + Y.c) Se X = 15 cm, Y = 25 cm e Z = 50 cm então a massa específica do líquido é igual a 800 kg/m3.d) Somente com os dados fornecidos não é possível calcular a massa específica do líquido.e) A massa específica do líquido (ρL) pode ser expressa por ρL = ρ água .(Z-X)/Y

R. P= p.g.h

17 - 21 - Construiu-se uma balança conforme a figura mostrada abaixo, onde o peso P1 é calculado a partir das alturas X e Y e do peso P2. Com relação à balança, analise as seguintes afirmativas:

I. Se a altura X for maior do a altura Y então o valor de P1 será maior do que o valor de P2.II. Se as alturas X e Y são iguais então os valores P1 e P2 são iguais.III. Se o valor de P2 for maior do que o quádruplo de P1 então a altura X será maior do que a altura Y .IV. Independente das alturas X e Y, a pressão no ponto A será sempre constante.Assinale a alternativa correta.

a) Apenas as afirmativas I e II são verdadeiras.b) Apenas as afirmativas I e III são verdadeiras.c) Apenas as afirmativas II e III são verdadeiras.d) Apenas as afirmativas I e IV são verdadeiras.e) As afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras

R. 18 - 31 - Deseja-se construir um elevador que funciona pela ação direta de cilindros hidráulicos. A carga máxima no elevador, já considerando o peso de sua estrutura, é de 100 kN e a velocidade máxima é de 6 m/min. A pressão de trabalho é igual a 200 bar. Sabendo que 1 bar = 105 Pa e desprezando os atritos, para atender os requisitos de carga e velocidade, é correto afirmar que:

I. Nesse elevador não é possível utilizar cilindros com êmbolos de 40 cm2 de área cada um porque, na pressão de trabalho, esses cilindros não desenvolvem a força necessária para elevar a carga máxima.II. O elevador pode ser construído com um cilindro cujo êmbolo tenha área de 100 cm2 e uma bomba hidráulica de vazão máxima igual a 50 litros/min.III. Na construção do elevador é possível utilizar dois cilindros cujos êmbolos tenham área de 60 cm2 cada um e uma bomba hidráulica de vazão máxima igual a 120 litros/min.IV. O elevador pode ser construído com um cilindro cujo êmbolo tenha área de 80 cm2 e uma bomba hidráulica de vazão máxima igual a 120 litros/min.Assinale a alternativa correta.

a) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.b) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.c) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.d) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

e) As afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras.

R.

19 - 32 - Assinale a alternativa que corresponde ao sistema hidráulico capaz de aumentar a velocidade de deslocamento do cilindro sem que seja alterada a vazão da bomba.

a) Sistema regenerativo.b) Sistema intensificador de pressão.c) Sistema acumulador.d) Oscilador hidráulico.e) Sistema telescópico.

R.

Petrobrás cargo 18. Técnico em manutenção Junior – Mecânica.

Considerando que, para realizar medições em suas instalações eletromecânicas, um técnico de manutenção tenha à sua disposição os seguintes instrumentos de medição: manômetro de Bourdon, manômetro de peso morto, barômetro, anemômetro de fio quente, termopar, multímetro digital, megôhmetro e extensômetros (strain gage), julgue os itens a seguir.

20 - 106 Para realizar a medição da pressão atmosférica, o técnico deverá utilizar o anemômetro de fio quente, pelo fato de este ser um instrumento de grande precisão e fácil de ser utilizado. ( )Certo (x)Errado

R. O instrumento para se medir pressão atmosférica é o barômetro

21 - 107 Para efetuar calibrações estáticas de instrumentos de medição de pressão, o técnico poderá recorrer ao manômetro de peso morto com pesos calibrados. (x)Certo ( )Errado

R.