II – INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL
Prof. Eduardo Calsan
Tecnologia em
Polímeros
II – Medição de Pressão
Introdução:
Define-se pressão como sendo a força exercida por um fluido
sobre uma determinada área.
P = F/A
Ao nível do mar, verifica-se experimentalmente que a pressão
exercida pelo ar tem a capacidade de equilibrar uma coluna de
mercúrio de 760mm de altura, a 0°C e a uma aceleração da
gravidade de 9,806665m/seg².
Ou seja, a pressão que o ar exerce num determinado corpo
depende da altitude do local. Onde o ar é mais rarefeito, em grandes
altitudes, a pressão do ar é menor do que ao nível do mar.
Em São Paulo, por exemplo, a pressão que o ar exerce sobre
os corpos é de, aproximadamente, 700mm de mercúrio.
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II – Medição de Pressão
Como chegou-se às definições
apresentadas? Torricelli, em 1.643, explica.
Consiste de um tubo de vidro com quase 1
m de comprimento, fechado numa
extremidade e aberto noutra, e preenchido
com mercúrio (Hg). A extremidade aberta
do tubo é invertida num pequeno recipiente
aberto com mercúrio. A coluna de mercúrio
desce para dentro do recipiente até que o
peso da coluna de mercúrio iguale o peso
de uma coluna de ar de igual diâmetro, que
se estende da superfície até o topo da
atmosfera. O comprimento da coluna de
mercúrio, portanto, torna-se uma medida da
pressão atmosférica. A pressão atmosférica
média no nível do mar mede 760 mm Hg.
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II – Medição de Pressão
As várias pressões...
Pressão
relativa
Pressão atmosférica
Vácuo
Vácuo absoluto
Pressão
absoluta
• pressão relativa: pressão medida tendo como referência a pressão
atmosférica. Também chamada de pressão manométrica. É relativa
porque seu valor tem relação à pressão atmosférica;
• vácuo: pressão medida, a partir da atmosférica, para baixo.
Cuidado! Não é pressão negativa muito menos ausência de algo...
• pressão absoluta: pressão que realmente age num determinado
ponto do fluido e é dada pela soma da relativa com a atmosférica.
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II – Medição de Pressão
• pressão diferencial: diferença entre duas pressões, utilizada para a
medida de perda de carga;
• pressão estática: é a pressão relativa que realmente atua num
ponto do processo e a mesma em todos os pontos de uma secção
de tubulação;
• pressão dinâmica: é a pressão devido à energia cinética adquirida
pelas partículas do fluido;
• relações:
1. pressão relativa + pressão atmosférica = pressão absoluta;
2. pressão absoluta + vácuo = pressão atmosférica.
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Unidades de medida
- Sistema CGS: dina/cm²;
- Sistema Internacional: Newton/m²;
- Sistema MKS: kgf/cm²;
- Países de língua inglesa: psi (pound/square inch);
- Outras unidades: cm Hg (centímetros de mercúrio), Torricelli
(milímetros de mercúrio), ” Hg (polegadas de mercúrio), cm H2O
(centímetros de água), ” H2O (polegadas de água), atm (atmosfera),
bar;
- Conversão: uso de tabela.
OBS.: tanto o mercúrio quanto a água possuem densidades
diferentes de acordo com a temperatura.
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II – Medição de Pressão
Por que se mede pressão?
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II – Medição de Pressão
Dispositivos para medida de pressão
Célula de carga
Estrutura mecânica que recebe um esforço, deforma-se
dentro de uma faixa estabelecida e gera uma saída proporcional em
resistência elétrica (extensômetro = strain gage).
2ª Lei de Ohm: R = ρ(L/A)
Ponte de Wheatstone
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Vantagens: precisão, baixo custo, excelente resposta dinâmica,
facilidade de instalação, robustez (água e atmosfera corrosiva),
possibilidade de se efetuar medidas a distância.
Fabricação: ligas metálicas (constantan = níquel + cobre) ou nicromo
(níquel + cromo), com resistências padronizadas de 60, 120, 240,
350, 500 ou 1000Ω.
Utilização: balanças, pesagem de silos e tanques, dosagem.
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Transdutor de pressão piezoelétrico
Elemento sensor de pressão cuja característica de medida
baseia-se na propriedade piezoelétrica do cristal de quartzo.
Quando deformado tem como resposta uma diferença de potencial
elétrico em seus terminais.
A força é aplicada em um
eletrodo metálico (invólucro),
transmitida até o cristal de
quartzo.
Os cristais do elemento químico
interagem entre si e com a
força,
resultando
numa
diferença de potencial.
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II – Medição de Pressão
Utilização: testes e monitoramento de unidades acústicas,
hidráulicas, pneumáticas, máquinas, carros, aviões, navios, motores
de foguetes, locomotivas, geradores.
Vantagem: extremamente preciso.
Desvantagem: preço devido ao cristal de quartzo para esta
finalidade.
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II – Medição de Pressão
Tubo de Bourdon
Elemento sensor de pressão que consiste em informar a
pressão de um fluido em deslocamento através de um sinal elétrico
proporcional ou através de um deslocamento de ponteiro.
Elemento sensível é um tubo
metálico, em forma de “C”,
espiral ou helicoidal.
Quando a pressão é aplicada, a
secção tende a aumentar,
aproximando-se mais de uma
forma circular, deformando o
elemento, cujo movimento é
transmitido a um ponteiro ou a
outro
dispositivo
para
a
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transformação em sinal elétrico.
II – Medição de Pressão
Construção: confeccionados em ligas de cobre e níquel por terem
baixos coeficientes de dilatação pelo calor. Também pode ser feito
em aço inoxidável. Materiais: tombak, latão, bronze
Vantagens: amplitude, resposta mais rápida, isenção de faixa morta,
precisão.
Utilização: em toda transformação de pressão em indicação.
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II – Medição de Pressão
Tubo em “U”
Elemento primário usado para medir diferença entre pressões
(aplicando pressões diferentes em cada ramo), pressão relativa
(deixando um ramo aberto para a atmosfera), vácuo e pressão
absoluta.
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II – Medição de Pressão
Manômetro de reservatório
Elemento primário usado para medir pressão. Nesse tipo de
manômetro uma das colunas é substituída por um reservatório.
Quando não há pressão, o líquido da cuba e da coluna
encontram-se em repouso. Aplicando-se uma pressão, o líquido
sobe na coluna e desce na cuba, assumindo uma posição final.
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II – Medição de Pressão
Manômetro de Bourdon
É o elemento mais encontrado nas indústrias.
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II – Medição de Pressão
Manômetro de fole
É o elemento cuja pressão exercida pelo fluido atua sobre um
fole. Essa pressão opõe-se a força exercida por uma mola,
provocando um deslocamento proporcional do ponteiro.
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Acessórios
- pressões sujeitas à oscilações bruscas (descarga de bombas e
compressores);
- fluidos viscosos que podem entupir as tubulações;
- fluidos a alta temperatura que podem danificar o material do
elemento de medição;
- fluidos corrosivos com possibilidade de atacar o elemento de
medição;
- fluidos sanitários que podem alojar-se em cavidades, possibilitando
a cultura de bactérias e contaminação do material.
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Selo de diafragma = isola o
fluido do manômetro
Válvula agulha = amortece a
pressão exercida no manômetro
Pigtail (sifão) = proteção
contra altas temperaturas
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Referências:
1- COSTA, Augusto Diniz da. Instrumentação. Vol. 1. São Bernardo do Campo:
Editora da ETE Lauro Gomes, 1.995.
2- Cursos Piping. Instrumentação Elétrica e Pneumática. Santo André, 1.996.
3- THOMAZINE, Daniel & ALBUQUERQUE, Pedro Urbano Braga de. Sensores
industriais. Fundamentos e aplicações. 7. ed.. São Paulo: Editora Érica, 2.010.
4- http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap4/cap4-6.html, acessado em 03/04/11.
5- http://www.toledobrasil.com.br/produtos/balanca/820/tecnologia-celula.php,
acessado em 03/04/11.
6- http://www.microanalise.com.br/produtos.htm, acessado em 03/04/11.
7- http://www.stanford.edu/class/me220/data/lectures/lect03/fig3_2.gif, acessado
em 03/04/11.
8- http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/49/imprimir:yes, acessado
em 03/04/11.
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Referências:
9- http://www.estudiolivre.org/img/wiki_up/trig_piezo.jpg, acessado em 03/04/11.
10- http://www.motorpasion.com.br/meio-ambiente/entenda-como-funciona-oasfalto-sustentavel, acessado em 03/04/11.
11- http://www.amperesautomation.hpg.ig.com.br/Image603.gif, acessado em
03/04/11.
12- http://www.eq.uc.pt/~lferreira/BIBL_SEM/global/bourdon/imagens/espiral.gif,
acessado em 03/04/11.
13- http://algol.fis.uc.pt/quark/viewtopic.php?f=8&t=174, acessado em 03/04/11.
14- http://www.3bscientific.com.br/manometro-de-tubo-em-uu8410450,p_83_110_856_14309.html, acessado em 03/04/11.
15- http://www.nei.com.br/images/lg/223529.jpg, acessado em 03/04/11.
16http://www.zscomercial.com.br/goto/store/textos.aspx?SID=43686edfa4f4abf818a2
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Referências:
17- http://www.eq.uc.pt/~lferreira/BIBL_SEM/global/fole/imagens/funcion1.jpg,
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18- http://www.rucken.com.br/images/selo.jpg, acessado em 03/04/11.
19- http://acquaticos.blogspot.com/2010/10/valvulas-de-agulha-para-ajustefino.html, acessado em 03/04/11.
20- Fotos: Técnico Felipe Manhas.
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