CAP III MEDIO DE PRESSOSegundo semestre/2013
Prof. Zlia M.V. Missagia, M.Sc.
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;
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
So disponveis comercialmente vrios elementos
sensores de presso.
Os critrios de escolha devem considerar os
aspectos econmicos e tcnicos do processo.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
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
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
O primeiro ponto a esclarecer qual o tipo da
presso a ser medida:
absoluta,
manomtrica,
relativa.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
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.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
A escolha do mecanismo bsico de medio da
presso depende da aplicao do sistema:
indicao local,
indicao remota,
controle,
alarme,
proteo.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
Existem elementos sensores que so limitados:
quanto ao torque mecnico,
ao movimento,
ao espao,
No podem ser usados em sistemas que requerem
transmisso remota.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
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.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
Transmissor de presso diferencial e sensor
Selo
Selo
Selo
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
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.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
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.
OBJETIVOS DA MEDIO DA PRESSO
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
Bomba padro de peso morto
PADRES DE CALIBRAO
BOMBA PADRO DE PESO MORTO
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
MANOMETRO DE PRECISO
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
MANOMETRO DE PRECISO
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
MANOMETRO DE PRECISO
Manmetro padro (Wallace & Tierner)
PADRES DE CALIBRAO
MANOMETRO DE PRECISO
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
MANOMETRO DE PRECISO
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.
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