CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO
TECNOLÓGICA DE SÃO PAULO
CEFET-SP
Instrumentação Industrial - ITI
Medição de Pressão
Definição
Definição -- II
4Força por unidade de área
p=
F
A
4Força (F)→
→ grandeza vetorial
4Área (A) → grandeza escalar
4Pressão (p)→
→ grandeza escalar (não
apresenta direção nem sentido)
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Definição
Definição -- II
II
4É a variável mais comumente
medida em plantas de processo
4A pressão reflete entre outras, a
força motriz para a transferência
dos fluidos, a sua eventual mudança
de fase
4Também utilizada para medir a
vazão de fluidos
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Definição
Definição -- III
III
4Pressão
– É exercida igualmente, num fluido estático,
em todas as direções
• Denominada "pressão estática"
– Num fluido em movimento, a pressão
estática é exercida em qualquer plano
paralelo à direção do fluxo
• a pressão em planos normais ao fluxo é maior
que a pressão estática, sendo proporcional à
energia cinética do fluido
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Pressão
Pressão num
num Fluido
Fluido
4Medição de pressão estática num
fluido em movimento
– A superfície onde a medição é feita deve
estar paralela à direção do fluxo
• isso garante que não haverá influência da
energia cinética convertida em energia de
pressão
– Numa tubulação, a tomada de pressão deve
ser perpendicular à direção radial
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Unidades
Unidades de
de Medida
Medida de
de Pressão
Pressão II
4Sistema Internacional: pascal
– símbolo: Pa
– equivalência: 1 Pa = 1 N/m2
4MK*S: kgf/m2
– equivalência: 1 kgf/m2 = 9,80665 Pa
4Sistema inglês: lbf/in2 (psi)
– equivalência: 1 psi = 6894,75729317 Pa
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Unidades
Unidades de
de Medida
Medida de
de Pressão
Pressão II
II
4Outras unidades usuais
– 1 bar = 105 Pa
– 1 atm = 760 mmHg (a 0o C) = 101325 Pa
– 1 torr = 133,322368421 Pa
– 1 mmHg (a 0o C) = 133,322368421 Pa
– 1 inHg (a 0o C) = 3386,38815789 Pa
– 1 mmH2O = 9,80665 Pa
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Medição
Medição de
de Pressão
Pressão
4Pressão absoluta, diferencial e
manométrica
– Absoluta: diferença entre a pressão em um
ponto de um fluido e o vácuo absoluto
(pressão nula)
• exemplo: barômetro
– Diferencial: diferença de pressão entre dois
pontos do fluido
– Manométrica: diferença de pressão do fluido
e a atmosférica
• com a maioria dos instrumentos de medição de
pressão, mede-se a pressão manométrica
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Instrumentos
Instrumentos
4Genericamente denominados
manômetros
4Diversos tipos, modelos e princípios
de funcionamento
4Materiais dos sensores dependem
do tipo de fluido
– algumas aplicações exigem isolamento entre
o fluido e o sensor
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Métodos
Métodos de
de Medição
Medição de
de Pressão
Pressão II
4Balanceamento de coluna de líquido
– exemplo: tubo em "U"
– utilização: laboratorial
processo
– exatidão: melhor que 1%
do fundo de escala
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Balanceamento
Balanceamento de
de coluna
coluna de
de líquido
líquido
4Método mais tradicional
– Utiliza tubo em forma de "U" em que se
deposita uma quantidade de líquido com
densidade conhecida
– Vantagem:
• sistema absoluto que independe de calibração (a
não ser das escalas)
– Desvantagens:
• o comprimento do tubo pode tornar proibitiva
sua aplicação
• a transmissão do sinal não é trivial
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Balanceamento
Balanceamento de
de coluna
coluna de
de líquido
líquido
4Equação envolvida (exemplo)
P1
P2
Pressão em A = Pressão em B
h1 ⋅ ρ1 + P1 = (h1 − h ) ⋅ ρ1 + h ⋅ ρ + P2
ρ1
C
h1
h
A
B
P1 − P2 = (h1 − h ) ⋅ ρ1 + h ⋅ ρ − h1 ⋅ ρ1
P1 − P2 = h ⋅ (ρ − ρ1 )
ρ
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Balanceamento
Balanceamento de
de coluna
coluna de
de líquido
líquido
4Exemplos de medição de pressão
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Métodos
Métodos de
de Medição
Medição de
de Pressão
Pressão II
II
4Balanceamento da resultante de
uma força sobre uma área
conhecida
• exemplo: balança de peso morto
• utilização: calibração
• exatidão: melhor que 0,1%
do fundo de escala
a ser calibrada
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Balanceamento
Balanceamento de
de Força
Força
4Mede a pressão desconhecida
através da força gerada quando
atua numa área conhecida
Os pesos são girados
enquanto se faz a
medição (minimizando
o efeito do atrito entre
o óleo e o pistão)
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Balanceamento
Balanceamento de
de Força
Força
4Equação envolvida
P⋅ A = M ⋅g
onde: P → pressão a ser gerada, [Pa]
A → área do pistão, [m2]
M → massa suportada pelo pistão, [kg]
g → aceleração da gravidade, [m/s2]
obs.: atrito desprezado
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Métodos
Métodos de
de Medição
Medição de
de Pressão
Pressão III
III
4Balanceamento da deformação de
um elemento elástico
• exemplos: manômetro de bourdon
diafragma
• utilização: maioria dos medidores de pressão
• exatidão: melhor que desde 0,5
até 2% do fundo de escala
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Balanceamento
Balanceamento da
da Deformação
Deformação
– tubo com formato oval
(deformado mecanicamente)
– selado numa extremidade
– lado livre fixado a mecanismo,
que converte a deformação
no movimento circular do
ponteiro
– bourdon tem o formato
helicoidal e espiralado
– rosca da conexão: NPT ou
BSP
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Balanceamento
Balanceamento da
da Deformação
Deformação
4Equação envolvida
F
= E ⋅ε
A
em que:
F → força, [N]
E → módulo de elasticidade, [Pa]
ε → deformação, [m/m]
A → área da seção resistente, [m2]
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Manômetro
Manômetro Bourdon
Bourdon -- II
4Materiais do bourdon
– variam com o tipo de fluido
• aço inoxidável
• bronze
• ligas cobre-berílio
• monel
4Fontes de erro
– histerese do tubo
– variação da temperatura (e a variação de E)
– atrito
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Manômetro
Manômetro Bourdon
Bourdon -- II
II
4Podem ser acoplados a dispositivos
eletromecânicos - exemplo
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Modelos
Modelos de
de Manômetros
Manômetros de
de Bourdon
Bourdon
Manômetro comum Manômetro comum
com amortecimento
Manômetro
"petroquímico"
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Balanceamento
Balanceamento da
da Deformação
Deformação
4Manômetro de fole (ou
diafragma)
– um fole transmite a pressão
ao bourdon
– as propriedades elásticas do
diafragma metálico também
influem na faixa e a
exatidão do instrumento
• diafragma em aço inoxidável
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Balanceamento
Balanceamento da
da Deformação
Deformação
4Manômetro de fole, diferencial -
exemplo
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Balanceamento
Balanceamento da
da Deformação
Deformação
4Solidário ao fole, acopla-se strain
gages (medida de deformação)
– o transdutor transforma energia de
deformação em energia elétrica
4Equações envolvidas
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Métodos
Métodos de
de Medição
Medição de
de Pressão
Pressão IV
IV
4Métodos indiretos
• sensor piezelétrico
• sensor de piezoresistivo
• strain gage
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Sensor
Sensor Piezelétrico
Piezelétrico -- II
4Aproveita o efeito piezelétrico dos
cristais (normalmente quartzo SiO2)
– corte transversal
– corte longitudinal
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Sensor
Sensor Piezelétrico
Piezelétrico -- II
II
4Vantagens
– alta estabilidade
– boa estabilidade à temperatura
– boa linearidade
– baixa histerese
4Desvantagens
– necessita de amplificadores de sinal
– não se presta a medições estáticas
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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Sensor
Sensor piezoresistivo
piezoresistivo
4Aproveita o efeito da variação da
resistividade quando submetidos a
cargas mecânicas
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
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