Cap III – Medição de Pressão

CAP III MEDIO DE PRESSOSegundo semestre/2013

Prof. Zlia M.V. Missagia, M.Sc.

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DEMEC Sala 4.10

SUMRIO

Introduo

Unidades de Presso

Tipos de Presso

Objetivos da medio de Presso

Padres de calibrao

Bomba padro de peso morto

Coluna lquida em U

Manometro de Preciso

Sensores Mecanicos

Tubo Bourdon C

Diafragma

INTRODUO

Presso fora por unidade de rea.

A presso uma quantidade derivada da fora

(massa vezes comprimento por tempo ao

quadrado) e da rea (comprimento ao quadrado).

INTRODUO

Dimensionalmente tem-se que:

[P] = [M][T] [L]

Onde:

[P] a dimenso da presso

[M] a dimenso da massa

[T] a dimenso do tempo

[L] a dimenso do comprimento

INTRODUO

A presso em um fluido:

transmitido com igual intensidade em todas

as direes;

age perpendicular a qualquer plano.

INTRODUO

Presso em um tanque

Presso em uma tubulao

UNIDADES

A unidade SI para presso o pascal (Pa).

1 pascal a presso de uma fora de 1

newton exercida numa superfcie de 1

metro quadrado.

O pascal uma unidade muito pequena.

UNIDADES

Um pascal equivale presso exercida por

uma coluna d'gua de altura de 0,1 mm.

Ela equivale a presso de uma cdula de dinheiro

sobre uma superfcie plana.

Na prtica, usa-se o kilopascal (kPa) e o

megapascal (MPa).

UNIDADES

A grande vantagem do uso do pascal, no lugar do

psi (lbf/in2), kgf/cm2 e mm de coluna liquida que

o pascal no depende da acelerao da

gravidade do local e da densidade do liquido.

A gravidade no est envolvida na definio de

pascal

UNIDADES

O pascal tem o mesmo valor em qualquer lugar da

Terra, enquanto as unidades como psi, kgf/cm2 e mm

H2O dependem da acelerao da gravidade do local.

O pascal tambm usado para expressar a tenso

mecnica e o mdulo de elasticidade dos materiais.

Porm, os altos valores de tenso mecnica so dados em

megapascals (MPa) e os valores de mdulo de

elasticidade em gigapascals (GPa).

UNIDADES

Em Instrumentao, tambm se usam o bar e o

milibar (mbar).

Unidade no SI Unidade SI

1 atmosfera normal 1,013 25 x 105 Pa

1 atmosfera tcnica 9,806 65 x 104 Pa

1 bar 1,000 00 x 105 Pa

1 kgf/cm2 9,806 65 x 104 Pa

1 mm H2O 9,806 65 Pa

1 mm Hg 133,322 Pa

1 psi 6,894 76 x 103 Pa

1 torricelli 1,333 22 x 102 Pa

TIPOS

As medies de vazo so geralmente classificadas

como:

presso manomtrica (g);

presso absoluta (a);

presso diferencial (d).

TIPOS

Conceitos e tipos de presso

TIPOS

A presso manomtrica (gage) referida a presso

atmosfrica.

Ela pode assumir valores:

positivos (maiores que o da presso atmosfrica)

negativos, tambm chamado de vcuo.

A maioria dos instrumentos industriais mede a

presso manomtrica.

TIPOS

A presso absoluta a presso total, incluindo a presso

atmosfrica e referida ao zero absoluto (assume

valores positivos).

Mesmo quando se necessita do valor da presso absoluta,

usa-se o medidor de presso manomtrica que mais

simples e barato, bastando acrescentar o valor da presso

atmosfrica ao valor lido ou transmitido.

S se deve usar o medidor com elemento sensor absoluto

para faixas prximas a presso atmosfrica; por exemplo,

abaixo de 100 kPa.

TIPOS

Presso atmosfrica

A presso atmosfrica a presso exercida pelos

gases da atmosfera terrestre e foi a primeira

presso a ser realmente medida.

Presso faixa composta

aquela que tem presses de vcuo e presses

positivas em sua faixa de medio.

Por exemplo, a faixa de -200 a 200 mm H2O.

TIPOS

Presso diferencial

A presso diferencial a diferena entre duas

presses, exceto a presso atmosfrica.

O transmissor de presso diferencial para a medio de

vazo e de nvel simultaneamente sensvel e

robusto, pois deve ser capaz de detectar faixas de

presso diferencial da ordem de centmetros de

coluna d'gua e suportar presso esttica de at 400

kgf/cm2.

TIPOS

Presso dinmica

A presso dinmica da tubulao a presso devida a

velocidade do fluido (1/2 p v2).

Tambm chamada de presso de impacto.

TIPOS

Presso estagnao

A presso de estagnao obtida quando um fluido em

movimento desacelerado para a velocidade zero,

em um processo sem atrito e sem compresso.

Matematicamente, ela igual a soma da presso

esttica e da presso dinmica.

Tem-se a presso de estagnao na parte central do

medidor tipo pitot.

TIPOS

Presso esttica

A presso esttica do processo a presso transmitida

pelo fluido nas paredes da tubulao ou do vaso.

Ela no varia na direo perpendicular a tubulao,

quando a vazo laminar.

TIPOS

Presso hidrosttica

Presso hidrosttica a presso exercida por

lquidos no interior de vasos e tanques.

Neste caso, a presso normal superfcie que

contem o lquido.

No mesmo plano horizontal, as presses em um lquido

so iguais

TIPOS Presso de vapor

a presso parcial criada pelas molculas de vapor

quando h evaporao dentro de um espao fechado.

A presso de vapor de um liquido ou solido a presso em

que h equilbrio vapor-lquido ou vapor-slido.

A presso de vapor depende da temperatura e aumenta

quando a temperatura aumenta.

OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO

A medio e o controle da presso servem para atender

algum ou vrios dos seguintes objetivos:

a proteo de equipamento;

a proteo de pessoal;

a medio de outra varivel, por inferncia;

o controle do processo, para a obteno do

produto dentro das especificaes exigidas;


So disponveis comercialmente vrios elementos

sensores de presso.

Os critrios de escolha devem considerar os

aspectos econmicos e tcnicos do processo.


Sob o ponto de vista de custos, devem ser

considerados os custos:

da instalao,

da manuteno,

da energia,

bem como, o custo inicial do instrumento.

Como critrios tcnicos, devem ser considerados

a faixa da medio, a aplicao do sistema e as

condies do processo


O primeiro ponto a esclarecer qual o tipo da

presso a ser medida:

absoluta,

manomtrica,

relativa.


Depois:

os valores mximo e mnimo da faixa,

a largura da faixa

o grau de preciso,

a repetibilidade,

a rangeabilidade,

outros parmetros associados ao desempenho.


A escolha do mecanismo bsico de medio da

presso depende da aplicao do sistema:

indicao local,

indicao remota,

controle,

alarme,

proteo.


Existem elementos sensores que so limitados:

quanto ao torque mecnico,

ao movimento,

ao espao,

No podem ser usados em sistemas que requerem

transmisso remota.


O elemento sensor da presso fica em contato direto

com o processo ou a presso entra dentro do elemento

sensor.

V-se a importancia de considerar o grau de corroso,

toxidez e sujeira do fluido do processo (escolha

adequada do material de construo do elemento).

Deve-se usar o selo de presso para isolar o fluido do

processo do elemento sensor.


Transmissor de presso diferencial e sensor

Selo

Selo

Selo


Em muitos processos as variveis presso e

temperatura so dependentes, e por isso deve-se

conhecer a faixa da temperatura na medio da presso.

Quando a temperatura elevada, exige-se que o

instrumento fique afastado do processo, principalmente

quando o instrumento eletrnico.

Para resolver este problema, usa-se um tubo capilar de

ligao e selagem.


Com relao ao processo, importante definir a exigncia

de proteo de sobre faixa (over range).

H elementos sensores que naturalmente apresentam

proteo para sobre faixa.

Eles so especificados:

para operar em uma faixa normal de trabalho

podem ser submetidos a presses mais elevadas, durante

curtos perodos de tempo de situaes anormais.


Os sensores podem ser divididos em duas grandes

categorias:

mecnicos

Eletrnicos

Sensores mecnicos sentem a varivel de processo

e geram na sada uma fora ou um deslocamento

mecnico;

Sensores eletrnicos sentem a varivel de

processo e geram na sada uma milivoltagem ou

alteram o valor de um parmetro passivo, como

resistncia eltrica, capacidade, indutncia.

PADRES DE CALIBRAO

Os padres industriais para calibrao de presso

dependem da faixa medida, desde vcuo mdio (10-1

mm Hg) at 103 MPa.

Para presses na faixa de 10-1 a 10-3 mm Hg, o indicador

de vcuo McLeod o padro.

Para presses menores que 10-3, usam-se tcnicas

especiais envolvendo vazo atravs de sucessivos orifcios

precisos e o manmetro McLeod.

PADRES DE CALIBRAO

manmetro McLeod

PADRES DE CALIBRAO

BOMBA PADRO DE PESO MORTO

O manmetro ou bomba de tempo morto opera sob o

princpio de se suportar um peso (fora) conhecido por

meio de uma presso agindo sobre uma rea conhecida.

Satisfaz a definio de um padro primrio baseado em

massa, comprimento e tempo.

Os pesos para um dado instrumento de teste so

normalmente identificados em termos de presso, em vez

de peso.

PADRES DE CALIBRAO


Bomba padro de peso morto

PADRES DE CALIBRAO


usado como padro para a calibrao de manmetros industriais.

O instrumento a ser calibrado ligado a uma cmara cheia de fluido cuja presso pode ser ajustada por uma bomba ou vlvula.

A cmara tambm se liga com um pisto vertical em que vrios pesos padro so aplicados.

A presso lentamente aumentada at que o pisto e os pesos paream flutuar, no ponto em que a presso manomtrica do fluido igual ao peso morto suportado pelo pisto, dividido por sua rea.

PADRES DE CALIBRAO

COLUNA LQUIDA EM U

Usa-se o manmetro da coluna em U para padro de

presso pequena, principalmente para calibrao de

instrumentos de medio de vazo e nvel,

Baseia-se no princpio que uma presso aplicada suporta

uma coluna lquida contra a atrao gravitacional.

Quanto maior a presso, maior a coluna lquida

suportada.

A unidade de presso da coluna lquida o

comprimento.

PADRES DE CALIBRAO

COLUNA LQUIDA EM U

Em um determinado local, com g constante e

conhecido, a sensitividade depende somente da

densidade do fluido.

gua e mercrio so os lquidos mais usados.

a gua por ser o mais disponvel,

o mercrio por ter uma altssima densidade e

como conseqncia, implicar em pequenas

alturas de coluna.

PADRES DE CALIBRAO

COLUNA LQUIDA EM U

Colunas e manmetro digital de preciso

PADRES DE CALIBRAO

COLUNA LQUIDA EM U

Para melhorar a preciso devem ser

considerados os seguintes parmetros:

a expanso da escala graduada

valor exato do g local

no verticalidade do tubo

PADRES DE CALIBRAO

MANOMETRO DE PRECISO

Em instrumentao, tambm comum usar

manmetros para calibrar outros manmetros.

A ANSI, por exemplo, classifica os manmetros

em sete classes de preciso.

PADRES DE CALIBRAO


Classe ANSI 4A

O manmetro mais preciso e tem preciso de 0,1% do

fundo de escala

Tem dimetro de 12 ou 16".

Tem compensao de temperatura.

Devem ser manuseados com cuidado para preservar a

preciso.

chamado de Manmetro de Preciso de

Laboratrio

PADRES DE CALIBRAO


Classe ANSI3A

Este manmetro calibrado para uma preciso de 0,25%

do fundo de escala.

Tem dimetro de 6".

Geralmente no tem compensao de temperatura e deve

ser usado em temperaturas prximas de 23 oC.

chamado de Manmetro de Teste.

PADRES DE CALIBRAO


Manmetro padro (Wallace & Tierner)

PADRES DE CALIBRAO


Classe ANSI 2A

Manmetro com com preciso de 0,5% do fundo de

escala,

Tem dimetro de 4 1/22

Sem compensao de temperatura,

Chamado de Manmetro de Processo.

usado para a medio contnua do processo.

PADRES DE CALIBRAO


Outros manmetros, com classes A, B, C e D, tem

precises respectivas de 1%, 2%, 3-4% e 5% do fundo de

escala.

Quanto maior a preciso do manmetro:

maior o seu custo,

mais cuidado se requer em seu manuseio,

maior frequncia de recalibrao necessria para

manter sua preciso.

SENSORES MECANICOS

A presso determinada pelo balano de um sensor contra uma fora desconhecida.

Isto pode ser feito por outra presso (balano de presso) ou fora (balano de fora).

Os sensores a balano de fora mais usados so aqueles que requerem deformao elstica, como bourdon, espiral, helicoidais, foles e diafragmas.

Os sensores a balano de presso mais conhecidos so o manmetro de coluna lquida e o detetor de peso morto.

TUBO BOURDON C

O tubo Bourdon o mais comum e antigo elemento

sensor de presso, que sofre deformao elstica

proporcional presso.

Este elemento no adequado para baixas presses,

vcuo ou medies compostas (presses negativa e

positiva), porque o gradiente da mola do tubo Bourdon

muito pequeno para medies de presses menores que

200 kPa (30 psig) .

TUBO BOURDON C

(a) simples (b) dupla

Sensor de presso tipo espiral

TUBO BOURDON C

Os tubos Bourdon podem ser secos ou cheios de

algum lquido (e. g., glicerina).

O tubo Bourdon-C pode tambm ser em um

transmissor de balano de fora.

O formato do tubo Bourdon tambm varivel e

dependente da faixa de presso medida tipo C,

espiral, helicoidal e a hlice de quartzo fundido.

DIAFRAGMA

Os sensores de presso cujo funcionamento depende da

deflexo de um diafragma so usados, h mais de um

sculo.

Nos ltimos anos, os efeitos da histerese elstica, atrito e

desvio foram reduzidos, conseguindo-se precises de at

0,1% da amplitude de faixa.

DIAFRAGMA

Novos materiais com melhores qualidades

elsticas tem sido usados, como ligas de Berlio-

Cobre e com pequenos coeficientes trmicos tais

como ligas de Niquel-Span C.

Quando se tem duras condies de trabalho,

temperaturas extremas e atmosferas corrosivas,

os materiais usados so e ao inoxidvel 304 e

316.Incomel

DIAFRAGMA

O diafragma flexvel, liso ou com corrugaes

concntricas, feito de uma lmina metlica com

dimenses exatas.

As vezes, usam-se dois diafragmas, soldados juntos pelas

extremidades, constituindo uma cpsula.

Fazendo-se o vcuo destas cpsulas, consegue-se a

deteco da presso absoluta.

DIAFRAGMA

A sensibilidade da cpsula ou do diafragma

aumenta proporcionalmente ao seu dimetro.

Quanto maior a cpsula ou o diafragma, menores

faixas e diferenas de faixa de presso podem ser

medidas.

Os diafragmas podem ser usados em unidades de

transmisso e controle a base de balano de

movimento e de fora.

DIAFRAGMA

DiafragmaFole

Sensores de presso

SENSORES ELTRICOS

Os sensores de presso eletrnicos podem ser de

todos tipos distintos ativos e passivos.

O sensor ativo aquele que gera uma

milivoltagem sem necessitar de nenhuma

polarizao ou alimentao.

SENSORES ELTRICOS

O sensor eletrnico passivo aquele que varia a

resistncia, capacitncia ou indutncia em funo

da presso aplicada.

Ele necessita de uma tenso de alimentao para

funcionar.

CRISTAL PIEZOELTRICO

O cristal piezoeltrico um elemento sensor de

presso eletrnico que gera uma milivoltagem em

funo da presso mecnica aplicada.

Na prtica, ele pouco usado em medies

industriais, por causa de seu alto custo.

STRAIN GAGE

O strain gage elemento sensor de presso

eletrnico mais usado.

Ele varia sua resistncia eltrica quando

submetido presso positiva (compresso) ou

negativa (descompresso).

STRAIN GAGE

O strain gage pode ser usado para medir torque,

peso, velocidade, acelerao, alm da presso.

O strain gage ligado ao circuito detetor clssico

da Ponte de Wheatstone, que requer a tenso de

polarizao em corrente contnua ou alternada.

STRAIN GAGE

Esquema simplificado Montagem

SELEO DO SENSOR

Para selecionar um sistema de presso, deve-se:

determinar a funo desejada indicao local ou

remota, registro, controle, proteo, alarme,

determinar a faixa de presso de trabalho, valor

mximo, amplitude de faixa composta, presso

absoluta ou relativa,

consultar tabela de elementos, selecionando o tipo e

material tecnicamente adequado e economicamente

vantajoso,

SELEO DO SENSOR

considerar a natureza do fluido do processo e

comparar o que mais vantajoso usar elemento

sensor de material especial no corrosivo

(obviamente mais caro) ou usar elemento sensor

padronizado e selo especial.

Considerar, neste caso, os custos da instalao

do selo, a segurana e a manuteno.

ACESSRIOS - SELO QUMICO

As funes principais de um selo so:

proteger o fluido de processo de congelamento e

endurecimento devidos s variaes da temperatura.

isolar materiais de processo venenoso, txico,

corrosivo, mal cheiroso do sensor de presso que de

material de construo padro, no compatvel com o

fluido do processo.

evitar que fluidos viscosos e sujos entrem e entupam

o elemento detetor de presso.

ACESSRIOS - SELO QUMICO

As caractersticas do lquido de selagem devem ser:

lquido no-compressvel, para transmitir a presso.

pequeno coeficiente de temperatura

baixa viscosidade para operar mesmo em baixas temperaturas

quimicamente estvel, mesmo em altas temperaturas

ACESSRIOS SELO QUMICO

Selos de presso

ACESSRIOS

As trs partes principais de um selo padro so:

recipiente superior (em contato com o lquido de selagem e colocado na atmosfera no corrosiva, de material padro, no especial).

cpsula de diafragma (cheia com lquido de selagem). Est em contato com o fluido corrosivo do processo e por isso deve ser de metal resistente a corroso ou revestido de Teflon ou KEL-F.

A parte superior e a cpsula podem ser removidas sem desconectar a parte inferior, possibilitando ao operador limpar o conjunto sem reencher a unidade.

ACESSRIOS

recipiente inferior (em contato direto com o

fluido do processo, deve ser de metal ou plstico

resistente corroso).

o Pode haver uma conexo para permitir a purga

contnua ou intermitente do fluido.

o Os selos podem ser soldados, aparafusados ou

flangeados nas linhas de processo.

ACESSRIOS - PRESSOSTATO

Os pressostatos so disponveis para detectar

presso absoluta, composta, 0,5% da amplitude de

manomtrica ou diferencial, com precises tpicas

de faixa.

O conjunto de chaveamento eltrico pode ser chaves

a mercrio ou microchave mecnica liga-desliga.

As chaves de mercrio no contem partes mecnicas

mveis e devem ser usadas em lugares livres de

vibraes e montadas em nvel.

ACESSRIOS - PRESSOSTATO

A faixa ajustvel a faixa de presso dentro da qual o ponto de ajuste pode ser referido.

O ponto de ajuste a presso que atua a chave para abrir ou fechar um circuito eltrico.

O pressostato pode atuar em seu ponto de ajuste pelo aumento da presso ou pela sua diminuio.

As caractersticas eltricas de um pressostatotpico so: 115 V, com correntes de 0,3 a 10A em corrente continua ou alternada.

Cap III – Medição de Pressão

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