1

FUNDAO EDUCACIONAL MONSENHOR MESSIAS UNIFEMM - CENTRO UNIVERSITRIO DE SETE LAGOAS Unidade Acadmica de Ensino de Cincias Gerenciais UEGE Curso de Engenharia de Produo

AENDER CIPRIANO TAVARES RIBEIRO BRENO ROSSI DIONEL ARAJO DOUGLAS GRACIEL RICARDO GARCIA

MEDIDORES DE PRESSO

SETE LAGOAS 2011

2

AENDER CIPRIANO TAVARES RIBEIRO BRENO ROSSI DIONEL ARAJO DOUGLAS GRACIEL RICARDO GARCIA

MEDIDORES DE PRESSO

Trabalho realizado pelo 6 perodo C do curso Engenharia de Produo da Unidade Acadmica de Ensino de Cincias Gerenciais UEGE, UNIFEMM Centro Universitrio de Sete Lagoas, Fundao Educacional Monsenhor Messias como parte integrante da exigncia da disciplina Mecnica dos Fluidos.

SETE LAGOAS 2011

3

SUMRIO1 INTRODUO..................................................................................................................05 1.1 A Medio de Presso e um Pouco de Histria..............................................................05 2 PRESSO ATMOSFRICA.............................................................................................06 3 BAROMTRO....................................................................................................................07 4 PRINCPIOS BSICOS DA MEDIO DE PRESSO..............................................08 5 MANOMTROS.................................................................................................................11 5.1 Manmetro de Lquido.....................................................................................................11 5.1.1 Princpio de funcionamento e construo....................................................................11 5.1.2 Lquidos de enchimento.................................................................................................12 5.1.3 Faixa de medio............................................................................................................12 5.1.4 Condio de leitura (formao de menisco)................................................................12 5.1.5 Influncia da temperatura na leitura...........................................................................13 5.2 Manmetro Tipo Coluna em U....................................................................................14 5.3 Manmetro Tipo Coluna Reta Vertical..........................................................................14 5.4 Manmetro Tipo Coluna Inclinada................................................................................15 5.5 Manmetro Tipo Elstico.................................................................................................16 5.5.1 Funcionamento do medidor tipo elstico.....................................................................16 5.5.2 Principais tipos de elementos de recepo...................................................................17 5.6 Manmetro Tubo Bourdon..............................................................................................17 5.6.1 Construo e caracterstica...........................................................................................18 5.6.1 Material de Bourdon.....................................................................................................19 5.6.2 Classificao dos manmetros tipo Bourdon..............................................................19 5.6.3 Faixa de operao recomendvel..................................................................................20 5.6.4 Tipos construtivos de manmetros Bourdon...............................................................20 5.6.4.1 Manmetro fechado......................................................................................................20 5.6.4.2 Manmetro diferencial..................................................................................................21 5.6.4.3 Manmetro duplo..........................................................................................................22 5.6.5 Manmetro com selagem lquida..................................................................................22 5.6.6 Amortecedores de pulsao...........................................................................................23 5.6.7 Sifes...............................................................................................................................24 5.7 Manmetro Tipo Diafragma...........................................................................................25

4

5.8 Manmetro Tipo Fole e Tipo Cpsula.........................................................................25 6 TRANSDUTOR/SENSOR DE PRESSO....................................................................26 6.1 Piezo-resistivo ou Strain Gage ......................................................................................26 6.2 Sensor Piezoeltrico .......................................................................................................27 6.3 Sensor Capacitivo (Clula Capacitiva).........................................................................28 6.4 ticos...............................................................................................................................29 7 PRESSOSTATO...............................................................................................................30 ...REFERNCIAS...............................................................................................................32

5

1 INTRODUO

A medio e controle de presso a varivel de processo mais usada na indstria de controle de processos nos seus mais diversos segmentos. Alm disso, atravs da presso facilmente possvel inferir uma srie de outras variveis de processo, tais como nvel, volume, vazo e densidade

1.1 A Medio de Presso e um Pouco de Histria

A medio de presso ponto de interesse da cincia h muitos anos. No final do sculo XVI, o italiano Galileo Galilei (1564-1642) recebeu patente por um sistema de bomba dgua usada na irrigao. O corao de sua bomba era um sistema de suco que ele descobriu ter a capacidade de elevar a gua no mximo 10 metros. A causa desse limite no foi descoberta por ele, o que motivou outros cientistas a estudarem esse fenmeno. Em 1643, o fsico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) desenvolveu o barmetro. Com esse aparelho, avaliava a presso atmosfrica, ou seja, a fora do ar sobre a superfcie da terra. Ele fez uma experincia preenchendo um tudo de 1 metro com mercrio, selado de um dos lados e mergulhado em uma cuba com mercrio do outro. A coluna de mercrio invariavelmente descia no tubo at cerca de 760 mm. Sem saber exatamente o porqu deste fenmeno, ele o atribuiu a uma fora vinda da superfcie terrestre. Torricelli concluiu tambm que o espao deixado pelo mercrio no comeo do tudo no continha nada e o chamou de vacuum (vcuo). Cinco anos mais tarde, o francs Blaise Pascal usou o barmetro para mostrar que no alto das montanhas a presso do ar era menor. Em 1650, o fsico alemo Otto Von Guericke desenvolveu a primeira bomba de ar eficiente, com a qual Robert Boyle realizou experimentos sobre compresso e descompresso e depois de 200 anos, o fsico e qumico francs, Joseph Louis Gay-Lussac, verificou que a presso de um gs confinado a um volume constante proporcional sua temperatura. Em 1849, Eugene Bourdon recebeu patente pelo Tubo de Bourdon, utilizado at hoje em medies de presses relativas. Em 1893, E.H. Amagat utilizou o pisto de peso morto em medies de presso.

6

Nas ltimas dcadas, com o advento da tecnologia digital, uma enorme variedade de equipamentos se espalhou pelo mercado em diversas aplicaes. A caracterizao de presso s teve seu real valor a partir do momento em que conseguimos traduzi-la em valores mensurveis. Todo sistema de medio de presso constitudo pelo elemento primrio, o qual estar em contato direto ou indireto ao processo onde se tem as mudanas de presso e pelo elemento secundrio (Transmissor de Presso) que ter a tarefa de traduzir esta mudana em valores mensurveis para uso em indicao, monitorao e controle.

2 PRESSO ATMOSFRICA

Presso atmosfrica a presso exercida pela atmosfera num determinado ponto. a fora por unidade de rea, exercida pelo ar contra uma superfcie. Se a fora exercida pelo ar aumenta em um determinado ponto, conseqentemente a presso tambm aumentar. A presso atmosfrica medida por meio de um equipamento conhecido como barmetro. Essas diferenas de presso tm uma origem trmica estando diretamente relacionadas com a radiao solar e os processos de aquecimento das massas de ar. Formam-se a partir de influncias naturais, como: continentalidade, maritimidade, latitude, altitude... As unidades utilizadas so: polegada ou milmetros de mercrio (mmHg), quilopascal (kPa), atmosfera (atm), milibar (mbar) e hectopascal (hPa), sendo as trs ltimas, as mais utilizadas no meio cientfico. Outra unidade utilizada para se medir a presso a PSI (pounds per square inch) que em Portugus vem a ser libra por polegada quadrada (lb/pol). Embora comum para medir presso de pneumticos e de equipamentos industriais a lb/pol raramente usada para medir a presso atmosfrica. Embora o ar seja extremamente leve, no desprovido de peso. Cada pessoa tem em mdia uma superfcie do corpo aproximadamente igual a 1 metro quadrado, quando adulto. Sabendo que ao nvel do mar a presso atmosfrica da ordem de 1 atm (definida como 101 325 Pa, ou ainda 1013,25 hPa=mbar), isso significa dizer que, neste local, uma pessoa suportaria uma fora de cerca de 100 000 N relativo presso atmosfrica. Porm, no sente nada, nem esmagada por esta fora. Isto acontece devido presena do ar que est contido no corpo e ao equilbrio entre a presso que atua de fora para dentro e de dentro para fora do corpo. Qualquer variao na presso externa se transmite integralmente a todo o corpo, atuando de dentro para fora, de acordo com o Princpio de Pascal. O peso

7

normal do ar ao nvel do mar de 1 kgf/cm. Porm, a presso atmosfrica diminui com o aumento da altitude. De forma simplificada poder-se- considerar que a presso diminui 1 hPa (ou 1 mbar) a cada 8 metros que se sobe. A 3000 metros, cerca de 0,7 kgf/cm. A 8840 metros, a presso de apenas 0,3 kgf/cm. O instrumento que mede a presso atmosfrica o barmetro, enquanto que a maioria dos manmetros l a presso manomtrica.

Figura 1 Comparaes entre presses Fonte: http://www.automacaoindustrial.com. Acesso 01 nov. 2011

3 BAROMTRO

O barmetro um instrumento para medir a presso atmosfrica. Ele pode ser do tipo coluna de mercrio ou do tipo aneride (metlico). Foi inventado por Evangelista Torricelli em 1643, e funciona porque o ar aplica uma presso com seu peso. Torricelli observou que, se a abertura de um tubo de vidro fosse cheia com mercrio, a presso atmosfrica iria afetar o peso da coluna de mercrio no tubo. Quanto maior a presso do ar, mais comprida fica a coluna de mercrio. Assim, a presso pode ser calculada, multiplicando-se o peso da coluna de mercrio pela densidade do mercrio e pela acelerao da gravidade. Ao nvel do mar, a presso atmosfrica de cerca de 15 libras por polegada quadrada, 29,9 polegadas de mercrio ou 760 milmetros de mercrio (760 mmHg).

8

Isto equivalente a 101,3 quilopascals (101,3 kPa), a unidade de presso utilizada pelos meteorologistas, alm dos milibares. O mercrio ideal para o barmetro lquido pois a sua alta densidade permite uma pequena coluna. Num barmetro de gua, por exemplo, seria necessrio uma coluna de 10 metros de altura e, ainda assim, haveria um erro de 2%. Hoje em dia, com o avano da tecnologia, podem-se encontrar barmetros acoplados a relgios digitais esportivos a um custo razovel.

Figura 2 - Barmetro Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

4 PRINCPIOS BSICOS DA MEDIO DE PRESSO

Vejamos o conceito de Presso Esttica. Tomemos como base a FIG.3, onde temos um recipiente com um lquido onde este exerce uma presso em um determinado ponto proporcional ao peso do lquido e distncia do ponto superfcie (o princpio de Arquimedes: um corpo submerso em um lquido fica sujeito a uma fora, conhecida por empuxo, igual ao peso do lquido deslocado. Por exemplo, baseado neste princpio, pode determinar o nvel, onde se usa um flutuador que sofre o empuxo do nvel de um lquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do lquido, cujo nvel est sendo medido, pois o empuxo varia com a densidade). A presso esttica P definida como sendo a razo entre fora F, aplicada perpendicularmente a uma superfcie de rea A: P = F/A [N/ m2]

9

Figura 3 - Presso em um ponto P submerso Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

Figura 4 - Presso em corpo submerso Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

Dado um paraleleppedo, conforme a FIG.4, onde temos a rea de um lado A e comprimento L, a presso em sua face superior e em sua face inferior so dadas respectivamente por PD = hg e PU = (h + L) g. A presso resultante sobre o mesmo igual a PU - PD = Lg. A presso que exerce uma fora perpendicular superfcie do fludo a chamada presso esttica. O princpio de Pascal diz que qualquer aumento de presso no lquido ser transmitido igualmente a todos os pontos do lquido. Esse princpio usado nos sistemas hidrulicos (por ex, nos freio dos carros) e pode ser ilustrado pela FIG.5. Em outras palavras: As foras aplicadas tm intensidades proporcionais s reas respectivas. Vale ainda citar a Lei de Stevin (1548 - 1620): Em um fluido homogneo e incompressvel em equilbrio sob a ao da gravidade, a presso cresce linearmente com a profundidade; a diferena de presso entre dois pontos igual ao produto do peso especfico do fluido pela diferena de nvel entre os pontos considerados.

10

Figura 5 A presso perpendicular superfcie e as foras aplicadas tm intensidades proporcionais s reas respectivas. Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

Vejamos agora, a presso exercida pelos fludos em movimento na seo transversal de um tubo. Tomemos a FIG.6, onde: F1 = fora aplicada superfcie A1 P1 = razo entre F1 e A1; L1 = distncia que o fluido deslocou; v1 = velocidade de deslocamento; h1 = altura relativa referncia gravitacional e F2 = fora aplicada superfcie A2 P2 = razo entre F2 e A2; L2 = distncia que o fluido deslocou; V2 = velocidade de deslocamento; h2 = altura relativa referncia gravitacional

Figura 6 - Equao de Bernoulli - Presso exercida pelos fludos em movimento na seo transversal de um tubo. Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

11

Supondo um fluido ideal, que no possui viscosidade, ele desloca-se sem atritos e, portanto sem perdas de energia. O trabalho realizado pela resultante das foras que atuam em um sistema igual variao da energia cintica, teorema trabalho-energia. Com isto, temos: P1+ (1/2) .v12 + . g . h1 = P2 + (1/2) . v22 + . g . h2

5 MANOMTROS

So dispositivos utilizados para indicao local de presso e em geral divididos em duas partes principais: o manmetro de lquidos, que utiliza um lquido como meio para se medir a presso, e o manmetro tipo elstico que utiliza a deformao de um elemento elstico como meio para se medir presso

5.1 Manmetro de Lquido

5.1.1 Princpio de funcionamento e construo:

um instrumento de medio e indicao local depresso baseado na equao manomtrica. Sua construo simples e de baixo custo. Basicamente constitudo por tubo de vidro com rea seccional uniforme, uma escala graduada, um lquido de enchimento e suportados por uma estrutura de sustentao. O valor de presso medida obtido pela leitura da altura de coluna do lquido deslocado em funo da intensidade da referida presso aplicada.

12

5.1.2 Lquidos de enchimento:

A princpio qualquer lquido com baixa viscosidade, e no voltil nas condies de medio, pode ser utilizado como lquido de enchimento. Entretanto, na prtica, a gua destilada e o mercrio so os lquidos mais utilizados nesses manmetros.

5.1.3 Faixa de medio

Em funo do peso especfico do lquido de enchimento e tambm da fragilidade do tubo de vidro que limita seu tamanho, esse instrumento utilizado somente para medio de baixas presses. Em termos prticos, a altura de coluna mxima disponvel no mercado de 2 metros e assim a presso mxima medida de 2 mH2O caso se utilize gua destilada, e 2 mHg com utilizao do mercrio.

5.1.4 Condio de leitura (formao de menisco)

O mercrio e a gua so os lquidos mais utilizados para os manmetros de lquidos e tem diferentes formas de menisco (FIG.5). No caso do mercrio, a leitura feita na parte de cima do menisco, e para a gua na parte de baixo do menisco. A formao do menisco devido ao fenmeno de tubo capilar, que causado pela tenso superficial do lquido e pela relao entre a adeso lquido-slido e a coeso do lquido. Num lquido que molha o slido (gua) tem-se uma adeso maior que a coeso. A ao da tenso superficial neste caso obriga o lquido a subir dentro de um pequeno tubo vertical. Para lquidos que no molham o slido (mercrio), a tenso superficial tende a rebaixar o menisco num pequeno tubo vertical. A tenso superficial dentro do tubo no tem relao com a presso, precisando assim de compensao. O valor a ser compensado em relao ao dimetro interno do tubo d aproximadamente: Mercrio - somar 14 no valor da leitura d

13

gua - somar 30 no valor da leitura d

Figura 7 Menisco de manmetros Fonte: SILVA, 2004, p.26.

d amplamente utilizado na faixa de 6 ~ 10mm. Na faixa de 6 mm, o valor muito grande ou seja, 2,3 mm para mercrio e 5 mm para gua.Assim, quando a presso de medio zero se pode confirmar a posio do menisco. Neste instante, mede-se a altura em que a parte de cima ou a parte de baixo mudam pela presso, caso em que no preciso adicionar a compensao. Quanto ao limite mnimo que se pode ler em uma escala graduada a olho n, este de aproximadamente 0,5 mm. Assim, na prtica, o valor mais utilizado para diviso de uma escala de 1 mm para manmetro de lquido de uso geral e de 0,1 mm (com escala secundria) para manmetro padro.

5.1.5 Influncia da temperatura na leitura

Como a medio de presso utilizando manmetro de lquido depende do peso especfico do mesmo, a temperatura do ambiente onde o instrumento est instalado ir influenciar no resultado da leitura e, portanto sua variao, caso ocorra, deve ser compensada. Isto necessrio, pois na construo da escala levada em considerao a massa especfica do lquido a uma temperatura de referncia. Se o lquido utilizado for o mercrio, normalmente considera-se como temperatura de referncia 0C e assim sua massa especfica ser 13.595,1 kg/m3. Se for gua destilada o lquido utilizado considera-se como temperatura de referncia 4C e assim sua massa especfica ser 1.000,0 kg/cm3. Na prtica, utiliza-se a temperatura de 20C como referncia e esta deve ser escrita na escala de presso. Outra

14

influncia da temperatura na medio de presso por este instrumento no comprimento da escala que muda em funo de sua variao e em leituras precisas deve ser tambm compensada.

5.2 Manmetro Tipo Coluna em U

O tubo em U um dos medidores de presso mais simples entre os medidores para baixa presso. constitudo por um tubo de material transparente (geralmente vidro) recurvado em forma de U e fixado sobre uma escala graduada. A faixa de medio de aproximadamente 0 ~ 2000 mmH2O/mmHg.

Figura 8 Manmetro coluna em U Fonte: SILVA, 2004, p.27.

5.3 Manmetro Tipo Coluna Reta Vertical

O emprego deste manmetro idntico ao do tubo em U. Nesse manmetro as reas dos ramos da coluna so diferentes, sendo a presso maior aplicada normalmente no lado da maior rea. Essa presso, aplicada no ramo de rea maior provoca um pequeno deslocamento do lquido na mesma, fazendo com que o deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume deslocado ser o mesmo e sua rea bem menor.

15

Figura 9 Manmetro Coluna Reta Vertical Fonte: SILVA, 2004, p.28.

5.4 Manmetro Tipo Coluna Inclinada

Este manmetro utilizado para medir baixas presses na ordem de 50 mmH2O. Sua construo feita inclinando um tubo reto de pequeno dimetro, de modo a medir com boa preciso presses em funo do deslocamento do lquido dentro do tubo. A vantagem adicional a de expandir a escala de leitura o que muitas vezes conveniente para medies de pequenas presses com boa preciso ( 0,02 mmH2O). A figura representa o croqui construtivo desse manmetro, onde o ngulo de inclinao e a e A so reas dos ramos. P1 e P2 so as presses aplicadas, sendo P1 > P2. Sendo a quantidade deslocada, em volume, a mesma e tendo os ramos reas diferentes,teremos: P1 - P2 = . l( a + sen ) pois h2 = l . sen A

Figura 10 Manmetro Coluna Vertical Fonte: SILVA, 2004, p.26.

16

Quanto menores forem a/A e , maior ser a taxa de ampliao. Devido s influncias do fenmeno de tubo capilar, uniformidade do tubo, etc. recomendvel utilizar o grau de inclinao de aproximadamente 1/10. A leitura neste tipo de manmetro feita com o menisco na posio vertical em relao ao tubo reto. O dimetro interno do tubo reto de 2 ~ 3mm, a faixa de utilizao de aproximadamente 10 ~ 50mm H2O, e utilizado como padro nas medies de micro presso.

5.5 Manmetro Tipo Elstico

Este tipo de instrumento de medio de presso baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidade dos materiais. Em 1676, Robert Hooke estabeleceu essa lei que relaciona a fora aplicada em um corpo e a deformao por ele sofrida. Em seu enunciado ele disse: o mdulo da fora aplicada em um corpo proporcional deformao provocada. Essa deformao pode ser dividida em elstica (determinada pelo limite de elasticidade), e plstica ou permanente. Os medidores de presso tipo elstico so submetidos a valores de presso sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim cessada a fora a ele submetida o medidor retorna a sua posio inicial sem perder suas caractersticas. Esses medidores podem ser classificados em dois tipos, quais sejam: Conversor da deformao do elemento de recepo de presso em sinal eltrico ou pneumtico. Indicador/amplificador da deformao do elemento de recepo atravs da converso de deslocamento linear em ngulos utilizando dispositivos mecnicos.

5.5.1 Funcionamento do medidor tipo elstico

O elemento de recepo de presso tipo elstico sofre deformao tanto maior quanto a presso aplicada. Esta deformao medida por dispositivos mecnicos, eltricos ou eletrnicos.

17

O elemento de recepo de presso tipo elstico, comumente chamado de manmetro, aquele que mede a deformao elstica sofrida quando est submetido a uma fora resultante da presso aplicada sobre uma rea especfica. Essa deformao provoca um deslocamento linear que convertido de forma proporcional a um deslocamento angular atravs de mecanismo especfico. Ao deslocamento angular anexado um ponteiro que percorre uma escala linear e cuja faixa representa a faixa de medio do elemento de recepo.

5.5.2 Principais tipos de elementos de recepo

O quadro abaixo mostra os principais tipos de elementos de recepo utilizados na medio de presso baseada na deformao elstica, bem como sua aplicao e faixa recomendvel de trabalho.

Elemento de recepo de presso Tipo de Bourdon Diafragma Fole Cpsula No apropriado para micropresso Baixa presso Baixa e mdia presso Micropresso Aplicao/Restrio

Faixa de presso (mx)

~1000Kgf/cm2 ~3Kgf/cm2 ~10Kgf/cm2 ~300mmH2O

Quadro 1 Caractersticas dos manmetros tipo elstico Fonte: SILVA, 2004, p.30.

5.6 Manmetro Tubo Bourdon

18

5.6.1 Construo e caracterstica

Tubo de Bourdon consiste em um tubo com seo oval, que poder estar disposto em forma de C, espiral ou helicoidal, tem uma de sua extremidade fechada, estando a outra aberta presso a ser medida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento atravs de engrenagens transmitido a um ponteiro que ir indicar uma medida de presso em uma escala graduada.

Figura 11 Manmetro Tubo Bourdon Fonte: SILVA, 2004, p. 30.

Figura 12 Tipo de Bourdon Fonte: SILVA, 2004, p.30.

19

5.6.1 Material de Bourdon

De acordo com a faixa de presso a ser medida e a compatibilidade com o fluido que determinamos o tipo de material a ser utilizado na confeco de Bourdon. Para realizar tal escolha deve-se consultar tabelas especficas dos fabricantes.

5.6.2 Classificao dos manmetros tipo Bourdon

Os manmetros tipo Bourdon podem ser classificados quanto ao tipo de presso medida e quanto a classe de preciso. Quanto a presso medida ele pode ser manomtrico para presso efetiva, vcuo, composto ou presso diferencial. Quanto a classe de preciso, essa classificao pode ser obtida atravs das tabelas de Manmetro / vacumetro e Manmetro composto, a seguir.

Tabela 1 Manmetro e Vacumetro Fonte: SILVA, 2004, p.31.

Tabela 2 Manmetro composto Fonte: SILVA, 2004, p.31.

20

5.6.3 Faixa de operao recomendvel

Com exceo dos manmetros utilizados como padro, a presso normal medida deve estar prxima a 75% da escala mxima quando essa varivel for esttica e prxima a 60% da escala mxima para o caso de medio de presso varivel.

5.6.4 Tipos construtivos de manmetros Bourdon

5.6.4.1 Manmetro fechado

Esse tipo tem duas aplicaes tpicas. Uma para locais exposto ao tempo e outra em locais sujeitos a presso pulsantes. No primeiro caso, a caixa constituda com um grau de proteo, definida por norma, que garante a condio de hermeticamente fechada. Podendo, portanto esse manmetro estar sujeito a atmosfera contendo p em suspenso e/ou jateamento de gua. No segundo caso, a caixa preenchida em 2/3 com leo ou glicerina para proteger o Bourdon e o mecanismo interno do manmetro contra presses pulsantes ou vibraes mecnicas. Esse enchimento aumenta a vida til do manmetro. A FIG. 13 mostra na vista explodida desse manmetro.

Figura 13 Manmetro em vista explodida Fonte: SILVA, 2004, p.32.

21

Figura 14 Manmetro de Bourdon em indstria Fonte: Arquivo pessoal, 26 out. 2011

5.6.4.2 Manmetro diferencial

Este tipo construtivo, adequado para medir a diferena de presso entre dois pontos quaisquer do processo. composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposio e interligados por articulaes mecnicas. A presso indicada resultante da diferena de presso aplicada em cada Bourdon. Por utilizar tubo de Bourdon, sua faixa de utilizao de aproximadamente 2 kgf/cm2 a 150 kgf/cm2. Sua aplicao se d geralmente em medio de nvel, vazo e perda de carga em filtros.

Figura 15 Manmetro diferencial Fonte: SILVA, 2004, p.33.

22

5.6.4.3 Manmetro duplo

So manmetros com dois Bourdons e mecanismos independentes e utilizados para medir duas presses distintas, porm com mesma faixa de trabalho. A vantagem deste tipo est no fato de se utilizar uma nica caixa e um nico mostrador.

Figura 16 Manmetro duplo Fonte: SILVA, 2004, p.33.

5.6.5 Manmetro com selagem lquida

Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, txicos, sujeitos alta temperatura e/ou radioativos, a medio de presso com manmetro tipo elstico se torna impraticvel pois o Bourdon no adequado para essa aplicao, seja em funo dos efeitos da deformao proveniente da temperatura, seja pela dificuldade de escoamento de fluidos viscosos ou seja pelo ataque qumico de fluidos corrosivos. Nesse caso, a soluo recorrer a utilizao de algum tipo de isolao para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon. Existem basicamente dois tipos de isolao, (que tecnicamente chamado de selagem), utilizada. Um com selagem lquida, utilizando um fluido lquido inerte em contato com o Bourdon e que no se mistura com o fluido do processo. Nesse caso usado um pote de selagem conforme FIG. 17 Outro, tambm com selagem lquida porm utilizando um diafragma como selo. O fluido de selagem mais utilizado nesse caso a

23

glicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos. Este mtodo o mais utilizado e j fornecido pelos fabricantes quando solicitados, um exemplo desse tipo mostrado na FIG. 17

Figura 17 Selagem lquida para manmetros Fonte: SILVA, 2004, p.34.

Figura 18 Manmetro com selagem lquida Fonte: Arquivo pessoal, 26 out. 2011.

5.6.6 Amortecedores de pulsao

Os amortecedores de pulsao tm por finalidade restringir a passagem do fluido do processo at um ponto ideal em que a freqncia de pulsao se torne nula ou quase nula. Esse acessrio instalado em conjunto com o manmetro com objetivo de estabilizar ou

24

diminuir as oscilaes do ponteiro em funo do sinal pulsante. Esta estabilizao do ponteiro possibilita a leitura da presso e tambm aumenta a vida til do instrumento. Os amortecedores de pulsao podem ser adquiridos com restrio fixa ou ajustveis.

Figura 19 Amortecedores de pulsao Fonte: SILVA, 2004, p.34.

5.6.7 Sifes

Os sifes so utilizados, alm de selo, para isolar o calor das linhas de vapor dgua ou lquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento depresso. O lquido que fica retido na curva do tubo-sifo esfria e essa poro de lquido que ir ter contato com o sensor elstico do instrumento, no permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo.

Figura 20 Sifes Fonte: SILVA, 2004, p.35.

25

5.7 Manmetro Tipo Diafragma

Este tipo de medidor utiliza o diafragma para medir determinada presso, bem como, para separar o fluido medido do mecanismo interno. Antes foi mostrado o manmetro tipo de Bourdon que utiliza selagem lquida. Aqui, explica-se o medidor que utiliza um diafragma elstico. A rea efetiva de recepo de presso do diafragma, muda de acordo com a quantidade de deslocamento. Para se obter linearidade em funo de grande deslocamento, deve-se fazer o dimetro com dimenses maiores. A vida til do fole, em funo da repetibilidade presso constante, quantidade de expanso e construo representada pelo nmero de vezes at a quebra.

Figura 21 Manmetro tipo Elstico Fonte: SILVA, 2004, p.36.

5.8 Manmetro Tipo Fole e Tipo Cpsula

Fole um dispositivo que possui ruga no crculo exterior o qual possui a caracterstica de contrair-se e expandir-se em funes de presses exercidas no sentido do eixo. Como a resistncia presso limitada, utiliza-se para baixas presses. O mesmo princpio do manmetro tipo cpsula, sendo que neste caso so utilizados dois diafragmas.

26

Figura 22 Manmetro tipo Fole e tipo Cpsula Fonte: SILVA, 2004, p.37.

6 TRANSDUTOR/SENSOR DE PRESSO

Um transdutor um dispositivo que recebe um sinal de entrada na forma de uma grandeza fsica e fornece um sinal de sada da mesma espcie ou diferente. Em geral, os transdutores transformam a informao da grandeza fsica, que corresponde ao sinal de entrada, em um sinal eltrico de sada. Por exemplo, um transdutor de presso transforma a fora exercida pela presso numa tenso eltrica proporcional a presso. O sensor a parte sensitiva do transdutor a qual, na maioria das vezes, se completa comum circuito eletrnico para a gerao do sinal eltrico que depende do nvel de energia da grandeza fsica que afeta o sensor. Ainda com relao ao exemplo do transdutor de presso, o sensor seria apenas a membrana (diafragma) sobre a qual exercida a presso que se est monitorando. Mas, o termo Sensor usado como sendo o mesmo que Transdutor.

6.1 Piezo-resistivo ou Strain Gage

A piezo-resistividade refere-se mudana da resistncia eltrica com a deformao/contrao como resultado da presso aplicada. Na sua grande maioria so formados por elementos cristalinos (strain gage) interligados em ponte (wheatstone) com outros resistores que provm o ajuste de zero, sensibilidade e compensao de temperatura. O material de construo varia de fabricante para fabricante e hoje em dia comum sensores de estado slido.

27

Algumas de suas desvantagens so a faixa limitante de temperatura de operao, aplicvel em ranges baixos de presso por gerarem um sinal muito baixo de excitao, muito instvel. Atualmente existe o chamado Film Transducer, o qual construdo com a deposio de vapor ou injeo de elementos strain gage diretamente em um diafragma, o que minimiza a instabilidade devida ao uso de adesivos nas ligas nos modelos Bonded Wire. A grande vantagem que j produz um sinal eletrnico num nvel maior, porm em altas temperaturas so totalmente vulnerveis, j que a temperatura afeta o material adesivo utilizado ao colar o silcio ao diafragma. Vrias tcnicas baseadas na fabricao de sensores de silcio piezo-resistivo (silicon substrate) esto emergindo, mas so susceptveis a degradao de seus sinais em funo da temperatura e exigem circuitos complicados para a compensao, minimizao do erro e sensibilidade do zero.Totalmente inviveis em aplicaes sujeitas a temperatura altas por longo perodos, uma vez que a difuso degrada os substratos em altas temperaturas.

Figura 23 Piezo-resistivo ou Strain Gage Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

6.2 Sensor Piezoeltrico

A medio de presso utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristais assimtricos ao sofrerem uma deformao elstica ao longo do seu eixo axial, produzirem internamente um potencial eltrico causando um fluxo de carga eltrica em um circuito

28

externo. A quantidade eltrica produzida proporcional a presso aplicada, sendo ento essa relao linear o que facilita sua utilizao. Outro fator importante para sua utilizao est no fato de se utilizar o efeito piezoeltrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de preciso. Cristais de turmalina, cermica Policristalina Sinttica, quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizado na sua fabricao, porm o quartzo cultivado o mais empregado por apresentar caractersticas ideais de elasticidade e linearidade

Figura 24 Sensor Piezoeltrico Fonte: SILVA, 2004, p.42.

6.3 Sensor Capacitivo (Clula Capacitiva)

o sensor mais utilizado em transmissores de presso. Nele um diafragma de medio se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o mvel, existe um lquido de enchimento que funciona como um dieltrico. Como um capacitor de placas paralelas constitudos por duas placas paralelas separadas por um meio dieltrico, ao sofrer o esforo de presso, o diafragma mvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) temsua distncia em relao ao diafragma modificada. Isso provoca modificao na capacitncia de um circuito de medio, e ento tem-se a medio de presso. Para que ocorra a medio, o circuito eletrnico alimentado por um sinal AC atravs de um oscilador e ento modula-se a freqncia ou a amplitude do sinal em funo da variao de presso para se ter a sada em corrente ou digital. Como lquido de enchimento utiliza-se normalmente glicerina, ou fluoroil.

29

Figura 25 Sensor Capacitivo (Clula Capacitiva) Fonte: SILVA, 2004, p.42.

Figura 26 Sensor Capacitivo em reservatrio de gua Fonte: Arquivo pessoal, 27 out. 2011.

6.4 ticos Os sensores a Fibras ticas so compactos e apresentam sensitividades comparveis ao similares convencionais. Os Sensores de presso so construdos com o emprego de uma membrana mvel numa das extremidade da fibra. Podemos citar as seguintes vantagens destes sensores: alta sensibilidade, tamanho reduzido, flexibilidade e resistncia, baixo peso, longa vida til, longa distncia de transmisso, baixa reatividade qumica do material, ideal para operar em ambientes com risco de exploso e intrinsecamente seguros, isolamento eltrico, ideal para operar em ambientes com alta tenso, imunidade eletromagntica, multiplexao de sinais (uma nica fibra pode possuir dezenas de sensores: pode medir vibrao, presso, temperatura, fluxo multifsico, deformao, etc.).

30

Uma tcnica utilizada em construo de sensores ticos o Interfermetro FabryPerot: este dispositivo usado geralmente para medidas de comprimentos de onda com alta preciso, onde essencialmente dois espelhos parcialmente refletores (de vidro ou quartzo) so alinhados e se obtm o contraste de franjas mximo e a distncia entre os mesmos pela variao mecnica. Esta variao da distncia poderia ser gerada por presso e, com isso, teramos um sensor de presso.

Figura 27 Sensor tico Fonte: . Acesso em 25 out. 2011

7 PRESSOSTATO

Pressostato uma chave comandada pela presso. Uma chave eltrica muda os estados dos seus contatos quando a presso atinge determinados valores crticos. Por exemplo, por economia e segurana, um compressor de ar deve ser desligado quando a sua presso atingir um valor alto determinado e deve ser religado quando a presso atingir um valor baixo determinado. Ajustes convenientes no pressostato permitem que o compressor opere entre estes dois valores crticos de presso.

31

Figuras 28 e 29 Pressostato em indstria Fonte: Arquivo pessoal, 22 out. 2011.

32

REFERNCIASSENAI. ES. Instrumentao - Metrologia Bsica. 1999 SENAI. ES. Instrumentao - Instrumentao Bsica I - Presso e Nvel. 1999 SILVA, Edlson Alfredo da. Apostila da disciplina Sensores e Atuadores. Centro Federal de Ensino tecnolgico CEFET-MT. Mato Grosso. 2004 CASSIOLATO, Csar. Medio de Presso: Caractersticas, Tecnologias e Tendncias. Disponvel em:< http://www.smar.com.br>. Acesso em: 25 out. 2011 AUTOMAO INDUSTRIAL. TIPOS DE PRESSO. Disponvel em:

. Acesso em: 01 nov. 2011