Cap2

Universidade Federal de ItajubáEngenharia Elétrica

ÃINSTRUMENTAÇÃOMedição deMedição de Pressão

Prof. Roger J. Camposhttp://www.cpdee.ufmg.br/~roger

Medição de Pressão

→ É o mais importante padrão de medida pois as medidas→ É o mais importante padrão de medida pois as medidasde vazão, nível, etc, podem ser feitas utilizando‐se esse processo!processo!


→ Pressão pode ser definida como força aplicada na direção perpendicular por unidade de área:ç p p p

→ No SI:

F→ Newton [N]A→ metro quadrado [m2]q [ ]P→ Pascal [Pa]


Tab. 01 – Relação de unidades de pressão.


→ Exemplo de aplicação do conceito de pressão:

Compare a pressão exercida, sobre o solo, por uma pessoa com massa de 80 kg, apoiada na ponta de um único pé, g p p pcom a pressão produzida por um elefante, de 2.000 kg de massa, apoiado nas quatro patas. Considere de 10 cm2 a p q párea de contato da ponta do pé da pessoa, e de 400 cm2 a área de contato de cada pata do elefante. Considere ptambém g = 10 m/s2 .


→ Exemplo de aplicação do conceito de pressão:

→ Comparando as duas pressões, temos que a pressão exercida pela pessoa é 6,4 vezes a pressão exercida peloexercida pela pessoa é 6,4 vezes a pressão exercida pelo elefante.


→ Aplicação dos medidores de pressão:

1 processo moderno de síntese no campo da química e1. processo moderno de síntese no campo da química edos plásticos, que operam sobre pressõesextremamente elevadasextremamente elevadas;

2 eletro de posição de metais que é feita sobre alto2. eletro de posição de metais, que é feita sobre altovácuo;

3. processos na indústria de alimentação, que operamsobre pressões elevadas para reduzir o tempo desobre pressões elevadas para reduzir o tempo decozimento;


4. evaporadores, que são mais eficientes quandotrabalham sob condições de alto vácuo;

5. processos de lançamento de foguetes e mísseis, queexigem medições de pressão e vácuo;

6. torres de destilação, que exigem medição e controlede pressão absoluta com valores exatos;

7. nos navios; tem‐se medição da pressão da caldeira,á d b b d d b í lvácuo das bombas, pressão de injeção de combustível,pressão do ar de lavagem, etc.


→ Definições de pressão :


Fig. 01 – Ilustração das definições de pressão.

Dispositivos para Medição de Pressão

→Manômetro é o nome genérico dos dispositivosmedidores de pressão. Estes podem ser mecânicos,p peletromecânicos, elétricos ou eletrônicos.

→ Os manômetros são calibrados para ler zero de pressãoatmosférica.

→ Os manômetros não medem a pressão total ou efetivapdo fluido num reservatório ou numa tubulação; o que elesmedem é a diferença de pressão entre a pressão total dofluido e a pressão atmosférica.

Dispositivos para Medição de Pressão

Fig. 02 – Manômetro.

Manômetro de Coluna Líquida tipo coluna em “U”tipo coluna em U

É d d l b→ É o medidor mais simples para baixa pressão.

d d ã /→ Faixa de medição: 0 a 2000 mmH2O/mmHg

Fig. 03 –Manômetro de tubo em “ U “ – para medição de pressão absoluta.

Fig. 04 –Manômetro de tubo em “ U “ – para medição de pressão diferencial.

Manômetro de Coluna Líquida em “U”

→ Um dos ramos do tubo é ligado ao lugar do qual sedeseja saber o valor da pressão.j p

→ Essa pressão age sobre o líquido, fazendo‐o descer emp g qum dos ramos do tubo e, conseqüentemente, subir nooutro ramo.

→ A altura do líquido deslocado fornece, por meio daq pescala graduada, uma indicação direta da pressãodiferencial.

Manômetro de Coluna Líquida em “L”

→ Essa construção possibilita que a mínima mudança depressão do fluido provoque uma mudança muito grandep p q ç gno nível da coluna líquida do manômetro.

Fig. 05 – Manômetro em “L” inclinado.

Manômetro de Coluna Líquida

→ Os manômetros de líquido foram utilizados na mediçãode pressão, nível e vazão nos primórdios dap pinstrumentação.

→ Porém, é nos laboratórios de calibração que aindaencontra‐se sua grande utilização, pois podem serg ç p ptratados como padrões.

Barômetro

→ O barômetro é um tipo especial de manômetro quepermite medir a pressão atmosférica/absoluta;p p

→Muito empregado na meteorologia.p g g

→ Usado para previsão de tempo e medição de altitude.p p p ç

Barômetro de Mercúrio

→ Inventado por Torricelli em 1643.

→ A altura que o mercúrio alcança no tubo representa apressão absoluta da atmosfera na hora e local de medição.p ç

Fig. 06 – Barômetro de mercúrio ou cisterna.

Manômetros por deformação mecânica (elástica)(elástica)

“As deformações são diretamente proporcionais àstensões que as produzem”, ou seja, a deflexão doq p jelemento elástico e o movimento resultante sãoproporcionais à pressão aplicada.p p p p

Fig. 07 – Tipos de medidores de pressão por deformação mecânica: bourdon, diafragma e fole.

Tubo de Bourdon

Fig. 09 – Formas do Tubo de Bourdon: C, espiral e helicoidal.

Tubo de Bourdon

Fig. 08 – Tubo de Bourdon: C e helicoidal.

Tubo de Bourdon

→ Consiste geralmente de um tubo com uma extremidadefechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida.p

→ Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende ap gtomar uma seção circular resultando um movimento emsua extremidade fechada.

→ Esse movimento através da engrenagem é transmitidog ga um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.

Tubo de Bourdon

→ Faixa de operação: até 1000 kg/cm2.

Membrana ou Diafragma

→ Quando uma pressão é aplicada a membrana se→ Quando uma pressão é aplicada, a membrana sedesloca e esse deslocamento é proporcional à pressãoaplicadaaplicada.

Fig. 10 – Membrana ou Diafragma.

Fole

→ Quando uma pressão é aplicada no interior do fole→ Quando uma pressão é aplicada no interior do fole,provoca sua distensão, e como ela tem que vencer aflexibilidade do material e a força de oposição da mola oflexibilidade do material e a força de oposição da mola, odeslocamento é proporcional na pressão aplicada na parteinternainterna.

Fig. 11 – Fole.

Medidor de Pressão do tipo Capacitivo

Fig. 12 – Sensor de pressão tipo capacitivo.

Medidor de Pressão do tipo Capacitivo

→ O sensor de pressão capacitivo utiliza um diafragma→ O sensor de pressão capacitivo utiliza um diafragmadielétrico e duas placas metálicas. Quando há umadiferença de pressão através do conjunto o diafragma sediferença de pressão através do conjunto, o diafragma sedeforma alterando a distância entre as placas e,consequentemente modificando a capacitância doconsequentemente, modificando a capacitância docircuito.→ A desvantagem é que a célula fica exposta a condições→ A desvantagem é que a célula fica exposta a condiçõesrudes do processo (temperatura).

→ Faixa de operação: 10‐3 a 107 Pa.

Medidor de Pressão do tipo Strain Gauge –PiezoresistivoPiezoresistivo

→ Baseia se no princípio físico da alteração da resistência→ Baseia‐se no princípio físico da alteração da resistênciaelétrica:

Fig. 13 – Ponte de Wheatstone montada em um transdutor Piezoresistivo.

Medidor de Pressão do tipo Piezoelétrico

→ Os sensores piezoelétricos medem a pressão através da→ Os sensores piezoelétricos medem a pressão através dadeformação de cristais piezoelétricos, os quais geram umadiferença de potencial ou carga eletrostática quandodiferença de potencial ou carga eletrostática quandotencionados/pressionados ao longo de planos específicosde tensõesde tensões.

→ O material mais utilizado é quartzo→ O material mais utilizado é quartzo.

→ Faixa de operação: 0 1 a 5000 Kg/cm2→ Faixa de operação: 0,1 a 5000 Kg/cm2.

Medidor de Pressão do tipo Piezoelétrico

V

Fig. 14 – Sensor de pressão piezoelétrico.

Medidor de Pressão de Indutância Variável

→ O transdutor de indutância variável utiliza uma bobina→ O transdutor de indutância variável utiliza uma bobinaprimária, uma secundária e um núcleo magnético quelocaliza se entre as duas bobinaslocaliza‐se entre as duas bobinas.

→ O núcleo é conectado a um sensor de pressão (p e→ O núcleo é conectado a um sensor de pressão (p.e.diafragma) e quando ocorre uma variação da pressão,este núcleo se movimenta e altera o número de espiraseste núcleo se movimenta e altera o número de espirasinduzidas, variando consequentemente a voltagem desaída do circuitosaída do circuito.


Fig. 15 – Transdutor de Indutância Variável.


→ O tipo mais comum é o LVDT (transformador diferencial→ O tipo mais comum é o LVDT (transformador diferenciallinear variavel).

→Vantagens:

1. não possui partes móveis (não há atrito entre aspartes móveis);partes móveis);

2. possibilita o monitoramento contínuo da pressão;3 consegue indicar uma alteração da pressão com3. consegue indicar uma alteração da pressão com

uma pequena deflexão do diafragma/fole, e4 tem resposta linear para pequenos deslocamentos4. tem resposta linear para pequenos deslocamentos.

Medidor de Pressão de Relutância Variável

→ Utilizam um diafragma que ao movimentar se altera a→ Utilizam um diafragma que ao movimentar‐se altera arelutância (intensidade do fluxo do campo magnético) docircuito magnético ecircuito magnético e,


Fig. 15 – Transdutor de Relutância Variável.


→ Vantagens→ Vantagens:

1. tem grande capacidade para suportar choques e

condições severas de vibração mecânica;condições severas de vibração mecânica;

2. pode operar com grande faixas de pressão, e

3. tem boa precisão no sinal de saída.

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