FACULADE DE TECNOLOGIA SENAI ITALO BOLOGNA

ALUNOS: CRISTHIAN, DANIEL, GLEIKSON, LUIZ BRANDAO E MATHEUS PROFESSOR: LUCIANO HENRIQUE

SENSORES DE PRESSAO E VÁLVULAS

INTRODUÇAO:

No cotidiano, laboratórios de engenharia e em processos industriais há a necessidade de se medir variáveis como pressão,

temperatura, vazão e nível.A pressão pode ser medida de várias maneiras diferentes e o tipo

de instrumento a ser utilizado para a medição de pressões vai depender dos níveis de precisão e detalhamento requeridos para a

particular aplicação.Este trabalho tem como finalidade fornecer um embasamento

teórico sobre pressão e medição de pressão, bem como caracterizar alguns instrumentos de medição de pressão e

especificar alguns destes instrumentos disponíveis no comércio.

DEFINIÇAO DE PRESSAO:

Pressão é definida como força por unidade de área. Os valores de pressão devem ser

informados com relação a um nível de referência. Se o nível de referência for o zero absoluto, a

pressão é caracterizada como pressão absoluta. Além da pressão absoluta, tem-se os seguintes

tipos de pressão:

PRESSÃO ATMOSFERICA: É a pressão exercida pelo ar atmosférico.

PRESSÃO MANOMÉTRICA: Tem pressão atmosférica como referência. 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.

PRESSAO DIFERENCIAL: É o resultado da diferença de duas pressões medidas. Em outras palavras, é a pressão medida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referência da pressão atmosférica.

Quando um fluido está em movimento outros tipos de pressão podem ser medidos como por

exemplo:PRESSÃO ESTÁTICA: 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 DINAMICA: É a pressão devida à velocidade do fluido. Também chamada de pressão de impacto. Pode ser calculada através da seguinte equação: Pd = ( ρ . V2 ) / 2, onde Pd é a pressão dinâmica, ρ é a massa específica do fluido e V é a velocidade do fluido.

Pressão total: 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.

Sensores Utilizados na Medição de Pressão

Em geral os sensores são classificados conforme  a técnica usada na conversão mecânica da pressão em um sinal eletrônico proporcional. Todas as tecnologias tem um só propósito que é transformar a pressão aplicada em um sensor, em um sinal eletrônico proporcional a mesma:

•Capacitância Variável (Capacitivos)•Piezo-resistivo(Strain Gage)•Potenciométrico•Piezo-elétrico•Relutância Variável•Ressonante•Ótico•Outros

Sensores Utilizados na Medição de Pressão

Em geral os sensores são classificados conforme  a técnica usada na conversão mecânica da pressão em um sinal eletrônico proporcional. Todas as tecnologias tem um só propósito que é transformar a pressão aplicada em um sensor, em um sinal eletrônico proporcional a mesma:

•Capacitância Variável (Capacitivos)•Piezo-resistivo(Strain Gage)•Potenciométrico•Piezo-elétrico•Relutância Variável•Ressonante•Ótico•Outros

Capacitivos:Estes são os sensores mais confiáveis e que já foram usados em milhões de aplicações. São baseados em transdutores onde a pressão aplicada a diafragmas sensores faz com que se tenha uma variação da capacitância entre os mesmos e um diafragma central, por exemplo. Esta variação de capacitância tipicamente é usada para variar a frequência de um oscilador ou usada como elemento em uma ponte de capacitores. Esta variação de capacitância pode ser usada para variar a frequência de um oscilador. Esta frequência pode ser medida diretamente pela CPU e convertida em Pressão.

Algumas de suas vantagens:

• Ideais para aplicações de baixa e alta pressão.• Minimizam o Erro Total Provável e consequentemente a variabilidade do

processo.• Ideais para aplicações de vazão.• Por sua resposta linear, permite alta rangeabilidade com exatidão.

Exemplo de construção de um sensor capacitivo.

Piezoeléctrico:O material piezoeléctrico é um cristal que produz uma tensão diferencial proporcional a pressão a ele aplicada em suas faces: quartzo, sal de Rochelle, titânio de bário, turmalina etc. Este material acumula cargas elétricas em certas áreas de sua estrutura cristalina, quando sofrem uma deformação física, por ação de uma pressão. A piezo-eletricidade foi descoberta por Pierre e Jacques Curie em 1880.Tem a desvantagem de requerer um circuito de alta impedância e um amplificador de alto ganho, sendo susceptível a ruídos.Além disso, devido à natureza dinâmica, não permite a medição de pressão em estado sólido. Porém, tem a vantagem de rápida resposta.A relação entre a carga elétrica e a pressão aplicada ao cristal é praticamente linear:            q = Sq x Ap              p - pressão aplicada, A - área do eletrodo, Sq - sensibilidade,            q - carga elétrica, C - capacidade do cristal, Vo - tensão de saída

Sensor Piezoeléctrico.

Sensor Piezoeléctrico

Piezo-resistivo ou Strain GageA piezo-resistividade refere-se à mudança da resistência elétrica com a deformação/contração como resultado da pressão aplicada. Na sua grande maioria são formados por elementos cristalinos (strain gage) interligados em ponte (wheatstone) com outros resistores que provém o ajuste de zero, sensibilidade e compensação de temperatura. O material de construção varia de fabricante para fabricante e hoje em dia é comum sensores de estado sólido.Desvantagens: faixa limitante de temperatura de operação, aplicável em ranges baixos de pressão por gerarem um sinal muito baixo de excitação, muito instável.

 Várias técnicas baseadas na fabricação de sensores de silício piezo-resistivo (silicon substrate) estão emergindo, mas são susceptíveis a degradação de seus sinais em função da temperatura e exigem circuitos complicados para a compensação, minimização do erro e sensibilidade do zero.Totalmente inviáveis em aplicações sujeitas a temperatura altas por longo períodos, uma vez que a difusão degrada os substratos em altas temperaturas.

Sensor Piezo-Resisitivo.

RessonantesPossuem em geral o princípio da tecnologia que é conhecida como “vibrating wire”. Uma mola de fio magnético é anexada ao diafragma que ao ser submetido a um campo magnético e ser percorrido por  uma corrente elétrica entra em oscilação. A frequência de oscilação é proporcional ao quadrado da tensão (expansão/compressão) do fio. No sensor Silício Ressonante, não se usa fio e sim o silício  para  ressonar com diferentes frequências que são funções da expansão/compressão(é uma função do tipo 1/f2). O sensor é formado por uma cápsula de silício colocada em um diafragma que vibra ao se aplicar um diferencial de pressão, e a  frequência de vibração depende da pressão aplicada. Alguns sensores ressonantes exigem técnicas de compensação em temperatura via hardware/software complicadas, aumentando o número de componentes, o que em alguns equipamentos exigem mais placas eletrônicas.

Tubo de BourdonConsiste geralmente de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de

circunferência tendo uma 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 da engrenagem é transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.Quanto à forma, o tubo de bourdon pode se apresentar nas seguintes formas: tipo

C,espiral e helicoidal.

TIPO “C”

Membrana ou DiafragmaÉ 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.

Os diafragmas são populares entre os elementos primários e flexíveis de pressão, porque requerem menos espaço e porque o movimento (ou força) que produzem, é suficiente para operar transdutores electrónicos

FoleFole é um dispositivo que possui rugas no círculo exterior que, ao se aplicar pressões no sentido do eixo, se expande ou se contrai. As desvantagens do fole são sua dependência das variações da temperatura ambiente e sua fragilidade em ambientes pesados de trabalho. Como a cápsula de diafragma, o fole pode ser usado para medir pressões absolutas e relativas e em sistemas de balanço de movimentos ou de forças eixo. Como a resistência à pressão é limitada, é usada para baixa pressão.

VÁLVULA DE DESLOCAMENTO ROTATIVO

Define-se por válvula de deslocamento rotativo, a válvula na qual a peça móvel vedante descreve um movimento de rotação, acionada por um eixo girante.

Dentre as válvulas de deslocamento rotativo temos: o Borboleta; o Esfera; o Obturador Excêntrico; o Segmento de esfera.

BORBOLETAA válvula borboleta é uma válvula que pode ser usada para isolar ou regular a vazão de um fluido. O mecanismo de fechamento tem a forma de um volante, mas pode ser realizado por mecanismos hidráulicos ou pneumáticos.

ESFERAA válvula esfera (Inglês: ball valve) é um dispositivo mecânico utilizado para controlar o fluxo de fluido em tubulações.A esfera dentro do equipamento tem um orifício no meio que, quando alinhado com as extremidades da válvula, permite a passagem de fluxo.

SEGMENTO ESFERICOObturador é constituído por uma superfície esférica com um movimento de rotação excêntrico e que está ligado ao eixo de rotação por um ou dois braços flexíveis.O eixo de rotação sai do corpo e é atuado por uma haste ligada a um servomotor. O binário é a redução do movimento excêntrico do rosto do obturador esférico.

Componentes de válvulas de deslocamento rotativo:

Esfera Side Entry – Série SE-FFonte: Apresentação: Válvula de Controle - Rotativa, HITER

– Borboleta Excêntrica – Série 87Fonte: Apresentação: Válvula de Controle -Rotativa, HITER

Válvula Guilhotina

Características da Válvula Guilhotina NGW 

A NGW é uma válvula do tipo guilhotina, sem flanges (WAFER) com dimensão face a face obedecendo à norma MSS-SP-81. Toda vedação é feita por meio de carretéis bipartidos construídos em elastômeros, inseridos no corpo da válvula. A operação realiza-se através do deslizamento da guilhotina em aço inoxidável entre os carretéis, bloqueando a passagem do fluido. 

Princípio de Funcionamento 

O sistema de bloqueio e vedação é feita através de uma faca passante que se movimenta em sentido axial (linear) entre dois carretéis de borracha fazendo com que a válvula esteja sempre vedada tanto em posição aberta, como em posição fechada. A vantagem da faca passante em relação à não passante é que ela expele todos os resíduos ou sólidos em suspensão que poderão eventualmente parar entre os carretéis durante o processo de bombeamento do fluido.

Válvulas Bipartido:

As válvulas bipartidas da Valmicro Série 820 foram desenvolvidas com o objetivo de serem aplicadas às mais variadas exigências operacionais e de confiabilidade. Para tanto, possuem características construtivas únicas que, somadas ao uso de diversos materiais, as tornam muito mais versáteis.   Essa versatilidade permite sua aplicabilidade a diversos líquidos, gases e vapores, em ampla faixa de temperaturas e pressões.

Conclusão

Esse trabalho possibilitou-se conhecer os principais tipos de sensores elétricos e entender o seu funcionamento sendo estes como: Sensor Capacitivo, Sensor Piezelétrico, Sensor Strain Gauge, Sensor por pulso Ressonante, etc. Relacionaram-se possíveis aplicações desses sensores de acordo com suas especificações e cuidados como: Número de acionamentos (comutações), Sensibilidade, Tipo de fixação e um dos itens mais considerados na indústria mundial o custo. Os sensores elétricos têm hoje um amplo campo de aplicações e mercado, com inúmeros modelos e dimensões, com alta tecnologia se desenvolvendo cada vez mais. Por esses motivos são os mais usados na indústria, sendo ela no ramo da saúde, processos, fundição, metalurgia, automobilística, entre os mais diversos ramos de atividade, podendo ser aplicados nos mais diversos ambientes.