Prof. Ruy Alexandre Generoso
Conceitos Fundamentais
A pressão significa “força por unidade de área” que atua sobre
uma superfície.
=
Conceitos Fundamentais
A Pressão não é uma grandeza fundamental, é derivada de
força (N) e área (m2). Tem, portanto, como base a medida de
três grandezas fundamentais:
Massa
Comprimento
Tempo
Conceitos Fundamentais
Pressão atmosférica: Pressão exercida pelo ar a qual é medida em
ambiente externo.
Pressão relativa: Diferença de pressão entre a pressão atmosférica
do local e a pressão do fluído. Também conhecida como pressão
manométrica.
Vácuo: Medida de pressão relativa quando a diferença de pressão
entre o ambiente e o fluído é menor que zero. Também conhecido
como depressão e sucção.
Conceitos Fundamentais
Pressão atmosférica ou Pressão Barométrica é a força por unidade
de área exercida pela atmosfera terrestre em um determinado local.
Conceitos Fundamentais
Os valores de pressão devem ser informados com relação a um nível de
referência. Se a pressão medida for maior que a pressão atmosférica, a
diferença é conhecida como pressão manométrica ou relativa e se
inferior à atmosférica é comumente denominada de vácuo.
Conceitos Fundamentais
A pressão relativa, medida pelos manômetros de ponteiro, pode
ser definida como sendo a pressão que se acrescenta à pressão
atmosférica existente, enquanto que o vácuo será
o valor decrementado.
A pressão absoluta é o resultado da soma da pressão relativa
(manométrica) e a pressão atmosférica. Quando se tratar de
vácuo, se determina subtraindo o valor de pressão indicado no
vacuômetro do valor medido por um barômetro.
Conceitos Fundamentais
Pressão =
força
área
[ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²]
massa
Massa Específica = volume
[ kg/m³; g/cm³]
peso
Peso Específico = volume
[kgf/m³; gf/cm³]
Unidades de Pressão
Sistema Métrico (kgf/cm²)
Países de Língua inglesa "psi " (pound/square in)
Conversão: 01 libra = 0,4516 kg
e 01 polegada = 2,54 cm
portanto, 1 kgf/cm² = 14.223 psi
Unidades mais utilizadas:
1 atm = 760 mmHg(0°C) = 762,4 mmHg(20°C) = 10.332 mmca
= 10.351 mmca(20°C) = 10332 kgf/m² = 1,033 kgf/cm²
= 14,696 psi = 101,325 kpa(N/m²) = 1,01325 bar = 407,2 "H2O
Conversão de Pressão
Para as unidades abaixo, multiplique por
Converter
de
kgf/cm2
kgf/cm2
atm
psi
ca
kPa
mmca
bar
1
0,9678
14,223
394,70
98,0665
9996,59
0,9806
atm
1,0332
1
14,696
406,78
101,325
10328,75
1,0133
psi
0,0703
0,0680
1
27,68
6,8948
702,83
0,0689
ca
0,0025
0,0024
0,036
1
0,2491
25,39
0,0025
kPa
0,0102
0,0099
0,145
4,02
101,94
0,0100
mmca
0,0001
0,0001
0,0014
0,04
0,0098
bar
1,0797
0,9869
14,503
402,46
100,000
1
1
0,0001
10193,68
1
Tipos de Pressão
Tipos de Pressão
Pressão Diferencial
Diferença de Pressão entre dois pontos (P).
Pressão Estática
Pressão exercida por fluido em repouso ou tomada de impulso
ortogonal ao sentido de fluxo.
Pressão Dinâmica ou Cinemática
Pressão exercida por fluido em movimento ou tomada de
Impulso no sentido do impacto do fluxo.
Tipos de Pressão
Quando um fluído está em movimento, por exemplo dentro de
um tubo, outros tipos de pressão podem ser medidos: como a
pressão dinâmica e a pressão de estagnação. Temos também a
pressão absoluta do fluído, que neste caso é chamada de
pressão estática.
Tipos de Pressão
A pressão estática é medida através de um orifício
perpendicular ao escoamento.
A pressão dinâmica é a pressão de um fluído ocasionada pela
velocidade do escoamento. A pressão de estagnação é a soma
das duas pressões e também é conhecida como pressão total.
Medidores de Pressão
Medidores por elementos elásticos
Medidores por coluna líquida
Medidores especiais
Pressao
Medidores Bourdon
Um dos instrumentos mais comuns para a medição de pressão
na indústria.
Consiste de um tubo curvado de seção elíptica com uma das
pontas conectada à pressão medida e a outra no indicador de
pressão.
Medidores Bourdon
Quando o fluído é submetido a uma
pressão, ele enche o tubo, e sua seção
elíptica tende a se tornar circular. Este
movimento é transmitido ao indicador de
pressão.
Calibrando-se a deflexão do indicador
com pressões conhecidas, pode-se
determinar uma escala graduada, lendo
a pressão em qualquer unidade.
Medidores Bourdon
Sua precisão depende do processo de fabricação chegando a
0,1% ou 0,5% da escala.
Em geral, este medidor indica pressão manométrica, mas
também pode indicar a pressão absoluta.
Medidores Bourdon
Recomendações e cuidados
Jamais deve ser instalado sem a válvula de isolamento.
Ela representa segurança em caso de vazamento e
permite a substituição do medidor sem interromper o
processo.
Em alguns casos, onde há líquidos ou gases que põem em
risco a saúde, deve haver uma válvula extra para dreno.
Medidores Bourdon
Recomendações e cuidados
Os sistemas mecânicos (jogos de engrenagem, pivôs, agulhas,
etc) são sensíveis a vibrações. Por isso, em equipamentos ou
tubulações que vibrem, instalar o manômetro afastado e fazer
a ligação por meio de um tubo flexível.
Para pressão pulsante deve ser inserido um amortecedor de
pulsações.
Medidores Bourdon
Recomendações e cuidados
Variações bruscas ou repetidas de pressão podem causar
danos na instrumentação e dificultar sua leitura.
Para fluídos a alta temperatura, um tubo sifão isola
termicamente o medidor da linha. A alta temperatura pode
afetar a precisão do instrumento, comprometer os pontos
de solda e ‘destemperar’ os elementos elásticos.
Manômetro de Tubo em U
Utilizado para medir a diferença de pressão entre dois fluídos.
A diferença de pressão é obtida através da seguinte fórmula:
Pa – Pb = (m – f) . g . H
Pa – Pb é a diferença de pressão
m é a densidade do fluído manométrico
 f é a densidade do fluído
g é a aceleração da gravidade
H é a altura da coluna deslocada
Manômetro de Tubo em U inclinado
Tem o mesmo princípio de funcionamento do manômetro em U
porém com maior sensibilidade. Uma de suas pernas é inclinada
em relação a outra. A sensibilidade do monômetro é aumentada
conforme diminui-se o ângulo formado entre o tubo e o
horizonte.
Manômetro de Tubo em U inclinado
A distância vertical h entre o nível de líquido dos dois lados é
dada pela equação:
Pa – Pb = (m – f) . g . H
H = L sen() + h
Sendo L é a diferença entre o comprimento da
coluna do líquido medida no plano do instrumento.
Manômetro de Poço
Variação do manômetro de tubo em U, o manômetro de poço
substitui um dos membros do tubo em U por um reservatório ficando
o outro membro inclinado. O diâmetro do reservatório é grande em
relação ao diâmetro do tubo inclinado, fazendo com que, somente
seja necessário ler a variação de altura neste último.
Manômetro de Poço
Deve-se assegurar a uniformidade das áreas a e A para que não
ocorram erros de leitura.
Pa – Pb = (m – f) . g .L . [sen() + ]
X = altura deslocada no reservatório
L = leitura da coluna de líquido
A = área transversal do reservatório
a = área transversal do tubo
Neste caso o desnível L + X não é lido, mas somente L
Por continuidade AX = aL
Manômetro de Poço Multi-tubos
Utilizado para realizar diversas medidas diferencias de pressão
simultaneamente. Possui um reservatório onde se lê o
deslocamento do fluído X. Este reservatório é conectado a outros
tubos que fazem medições independentes de pressões. Para se
calcular a pressão de cada tubo utiliza-se a seguinte fórmula:
Pi – Pref = (m – f) . g . [hi – X]
A variação do reservatório também pode ser
calculada através da seguinte fórmula:
X=
. hi
Micromanômetro
Utilizado para medir pequenas variações de pressão. Existem
vários tipos, tais como: de Chattock, de faixa longa, de faixa
longa do NPL, Betz, Prandtl, de ar e outros.
Obtém uma resolução de até
0.02 mm coluna fluído.
Manômetro de Diafragma
Os diafragmas são elementos flexíveis que devido a diferença de
pressão se deformam, movendo um sistema mecânico que indica a
pressão.
São usados para a medições de pressão relativamente baixas e
podem medir pressões manométricas ou absolutas.
Possuem aplicações em controle
pneumático e válvulas que requerem
maior precisão.
Os diafragmas podem ser fabricados
de couro, teflon, seda ou metálicos.
Manômetro de Diafragma
Recomendações e cuidados
Protegem a instrumentação de fluídos corrosivos, ultraviscosos, de problemas de entupimento ou de congelamento
do fluído de linha.
Tipos de Fluídos: ácidos (corrosivos), pastas (ultraviscosos), massa de papel, esgoto, fluidos com sólidos em
suspensão, etc.
Manômetro de Diafragma
Recomendações e cuidados
O enchimento do diafragma do manômetro é usualmente
feito com glicerina.
O movimento do diafragma transmite a pressão do
processo diretamente ao medidor.
Manômetro de Fole
O fole é uma peça corrugada que pode expandir ou diminuir em
função da força aplicada. Da mesma maneira que o Bourdon e o
diafragma, a variação de pressão deforma o fole que transmite
este movimento para um sistema mecânico de indicação.
Manômetro de Fole
São medidores robustos, aplicados em instalações que não
possuem limitações de espaço.
Podem ser utilizados como medidores de pressão manométrica
ou absoluta.
Os foles operam sempre comprimidos para garantir
deformações dentro do regime elástico.
São utilizados em sistemas de controle pneumáticos e em
válvulas de controle.
Balança anular
Consiste de um anel circular oco dividido internamente em duas
partes. De um lado existe uma divisória e do outro existe um
líquido qualquer que garante a vedação. Cada lado da divisória é
conectado a um tubo flexível através dos quais faz-se a tomada
de pressão. O anel é apoiado no centro de um pivô o qual
permite rotação.
Balança anular
Na presença de diferença de pressão, o anel gira com o
momento do peso W. A Balança fica em equilíbrio quando o
momento do peso W se iguala ao momento da coluna de fluído H.
A diferença de pressão pode ser medida através da seguinte
fórmula:
W . R2
P1 – P2 =
. sen()
A . R1
Sendo W o peso do contrapeso e
A a área da tubulação da balança anular
Balança anular
Também é conhecida como manômetro de anel basculante. Tem
um grande número de aplicações para gás combustível.
Recomendado para medição de pressão de gases ou ar.
Aplicável para pressões diferenciais de 10 a 700 mmca
O tubo do anel pode ser de aço, resistindo
a altas pressões absolutas.
Fluidos Manométricos: Características
A precisão da leitura do manômetro depende das seguintes
propriedades do líquido indicador:
Densidade: o fator mais importante é a densidade ou
gravidade específica de um fluído indicador.
Temperatura: afeta na precisão do manômetro pois causa
variação na densidade do fluído manométrico. Quando se
necessita de uma alta precisão a temperatura do fluído
indicador deve ser controlada ou uma correção apropriada
deve ser aplicada.
Fluidos Manométricos: Características
A precisão da leitura do manômetro depende das seguintes
propriedades do líquido indicador:
Compatibilidade: o fluído deve ser imiscível, possuindo uma
composição química estável e não pode causar contaminação
com o fluído do qual se deseja saber a pressão.
Viscosidade: em manômetros inclinados a medida da pressão
pode ser afetada pela elevada viscosidade, dificultando a
leitura.
Fluidos Manométricos: Características
A precisão da leitura do manômetro depende das seguintes
propriedades do líquido indicador:
Pressão de vapor: antes do fluído ser colocado dentro do
manômetro, deve-se saber a pressão da sala. Esta informação
pode ser obtida com o fabricante. Esta informação é
importante quando se deseja medir alto vácuo.
Tensão superficial: a tensão superficial afeta a leitura da
pressão principalmente quando o diâmetro do tubo é
relativamente pequeno.
Fontes de Erro de Leitura
Erro de paralaxe na leitura da escala
Alinhamento com a vertical
Estanqueidade
Temperatura
Iluminação
Efeito de elevação (Diferença da atmosfera local da calibração
e o local de utilização).
Efeitos de capilaridade
Barômetro
Utilizado para medição de pressão absoluta. Seu funcionamento é
bem simples. A Pressão atmosférica exerce uma força na
superfície do líquido exposto ao ambiente fazendo com que o fluído
se eleve dentro do tubo invertido.
Barômetro
Normalmente utiliza-se mercúrio
como fluído de medição e a unidade é
dada em coluna Hg.
Este tipo de medidor pode ter
resolução de até 0.01 mmHg .
Algumas precauções devem ser
tomadas ou utilizar este medidor pois
a leitura pode variar com a gravidade
e a temperatura.
Barômetro
Para que a temperatura e a gravidade não prejudiquem a leitura,
devem ser utilizados os seguintes fatores de correção:
Patm = Hg(T) . gpadrão . H . (1 + Cg) . Ci
Hg(T)
gpadrão
H
Cg
Ci
 densidade do mercúrio na temperatura de medição
 aceleração da gravidade padrão (local de calibração)
 altura da coluna
 fator de correção da gravidade
 correção na escala de temperatura
Transdutores
Dispositivos que transformam um sinal de pressão
obtido mecanicamente em um sinal elétrico.
Transdutores
O sinal de pressão pode ser obtido
mecanicamente através, por exemplo, de
um diafragma e depois transformado em
um sinal elétrico através de resistores
capacitivos, ou diretamente por um sinal
elétrico.
Sistema onde o sinal de pressão é
obtido mecanicamente.
Transdutores
São
utilizados
principalmente
para
medições dinâmicas e registro contínuo
de pressão.
Exemplos de transdutores:
Potenciômetro, strain-gages, capacitivo
piezoelétrico, magnético, outros.
Sistema onde o sinal de pressão é
obtido eletricamente.
Transdutores
Os circuitos requerem uma alimentação externa (desvantagem)
com arranjos típicos de montagem esquematizados abaixo:
As deformações dos elementos elásticos são detectados por
meio de um circuito de Wheatstone que detectam variações de
Resistência, Capacitância ou Indutância.
Transdutores: Elemento Elástico
O elemento elástico mais empregado para a transdução de
pressão é o diafragma. O diafragma se deforma devido a uma
variação de pressão. A deformação do diafragma causa
consequentemente a deformação do strain gage, a qual devido
à sua variação de resistência,
torna possível a leitura de pressão.
P = R
Transdutores: Elemento Elástico
O strain gage deve ser capaz de medir tanto a deformação
tangencial quanto a radial do diafragma.
A deformação tangencial é nula nas extremidades atingindo
uma máximo positivo no centro.
A deformação radial nas bordas
atinge um máximo negativo e no
centro um máximo positivo.
Transdutores Capacitivo
O transdutor de pressão capacitivo utiliza um diafragma e duas
placas metálicas. Quando ocorre uma variação de pressão o
diafragma se deforma alterando a distância entre as placas,
consequentemente modificando a capacitância do circuito.
Transdutores Capacitivo: Vantagens
É menor em comparação com outros transdutores
Tem boa resposta para altas frequências
Resiste bem a altas temperaturas
Possui boa linearidade e resolução.
Transdutores Capacitivo: Desvantagens
É sensível a vibração mecânica
É sensível a variação de temperatura
São
equipamentos
relativamente complexos.
eletrônicos
Transdutores Piezoelétricos
Medem a pressão através de certos cristais que produzem
uma diferença de potencial ou carga eletrostática quando
tencionados/pressionados ao longo de planos específicos
de tensões.
Os materiais mais utilizados são: quartzo, sal de rochelle,
ADP (Amônia Dihidrogenada de fosfato), titânio de bário.
Transdutores Piezoelétricos: Vantagens
A principal vantagem dos transdutores piezoelétricos é a boa
resposta em frequências até 200 Hz. Por isso são
recomendados para a medição de pressão transiente. São
utilizados em túnel de vento, tubos de choque e equipamentos
sismográficos,
microssegundos.
cujos
eventos
podem
durar
até
Transdutores Piezoelétricos: Desvantagens
São sensíveis a variação de temperatura
São sensíveis a vibração mecânica
São sensíveis ao ruído externo.
São inadequados para a medição de pressão estática.
Transdutores de Pressão Magnéticos
São divididos em dois tipos conforme o seu princípio de
funcionamento:
indutância variável ou relutância variável.
Podem ser utilizados diafragmas, foles, manômetros do
tipo U, Bourdons para obtenção do sinal de pressão.
Transdutores de Indutância Variável
Utilizam uma bobina primária, uma
secundária e um núcleo magnético
entre as duas bobinas. O núcleo é
conectado um sensor de pressão.
Quando ocorre uma variação da
pressão, este núcleo se movimenta e
altera o número de espiras induzidas,
variando consequentemente a
voltagem de saída do circuito.
Transdutores de Indutância Variável: Vantagens
Não exerce atrito entre as partes móveis
Possibilita o monitoramento contínuo da pressão.
Consegue indicar uma alteração da pressão com
uma pequena deflexão do diafragma.
Resposta é linear para pequenos deslocamentos.
Podem ser medidas diferenças de pressão de 0,001
polegadas de água utilizando um diafragma fino.
Transdutores de Relutância Variável
Utilizam um diafragma que ao
movimentar-se altera a relutância
(fluxo do campo magnético) do
circuito
magnético
e
consequentemente a indutância
das bobinas produzindo uma
diferença de potencial.
Transdutores de Relutância Variável: Vantagens
Capacidade de suportar choques e severas
condições de vibração mecânica
Grande faixa de sobrecarga
Alto sinal de saída
Medidores de Vácuo
Um dos medidores mais utilizados
para a medição de vácuo é o medidor
de McLeod. O medidor de McLeod
também é utilizado como padrão
primário para a calibração de
medidores de vácuo até 10-4 mmHg.
Medidores de Vácuo: Funcionamento
Uma grande quantidade de gás é
comprimida a um volume muito
pequeno de modo que a pressão
absoluta do gás possa ser medida por
um método manométrico convencional.
É possível montar um fio fino de volume
no capilar. O nível de mercúrio neste
caso pode ser medido eletricamente
com um instrumento do tipo
termômetro de resistência.