Pressão manométrica Pressão absoluta · PDF file1-3 Apostila: Instrumentação e Controle Prof. Fernando Porto Curso Eng. Produção - UNITAU 2.3. ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO

1-1

Apostila: Instrumentação e Controle Prof. Fernando Porto Curso Eng. Produção - UNITAU

2. INSTRUMENTOS DE PRESSÃO 2.1. UNIDADES DE PRESSÃO atmosfera psi Kgf/cm² bar Torr * mH2O in. Hg Pascal atm lbf/in² Kgf/cm² bar mmHg mH2O in. Hg Pa

atm 1 14,6959 1,033 1,01325 760 10,33 29,92 101325 PSI (lbf/in²) 0,068 1 0,07031 0,06895 51,71 0,70307 2,04 6894,8

Kgf/cm² 0,96778 14,2234 1 0,98 735,514 10 28,9572 98066,5 Bar 0,9869 14,5 1,02 1 750,061 10,195 29,53 10000

mmHg 0.001315789 0.01933677 0.00135951 0.001333224 1 0,0136 0,03937 133,3224 mH2O 0,09678 1,42234 0,1 0,0980872 73,5514 1 2,89572 9803,1176 in. Hg 0,03342 0,49119 0,03453 33900 25,4 0,34534 1 3386,5

Pascal (Pa) 0,000009869 0,000145038 1,01972E-05 0,00001 0,007500617 0,000102 0,0002952 1 * Torr: Torricelli 2.2. DEFINIÇÕES DE PRESSÃO

Figura 2.1: Esquema explicativo para os conceitos de pressão absoluta e pressão manométrica.

Na indústria, quando se omite a referência, fica implícito que a pressão é a manométrica (relativa). Pressão estática: é a pressão criada por um equipamento (p.ex. bomba) ou pela altura da coluna de um líquido. Caso não haja circulação, a pressão será a mesma em qualquer ponto do plano horizontal do compartimento. Caso haja circulação, a pressão estática deverá ser medida através de um orifício de pressão, com eixo perpendicular à corrente do fluido, de forma a evitar influência da pressão dinâmica.

Figura 2.2: Instalação típica de instrumentos para medida de pressão estática.

Pressão atmosférica

Pressão zero

Pressão absoluta

Vácuo

Pressão manométrica

Pressão a ser medida

ou pressão relativa

1-2


Pressão dinâmica ou cinética: é a pressão devida à velocidade de um fluido em movimento. Ela atua sobre a superfície de um orifício de pressão, colocado no sentido da corrente de um fluido, aumentando a pressão estática de um valor proporcional ao quadrado da velocidade do fluido.

푃푑 =12

.휌.푉 푃푑 =1

2푔. 훾.푉

onde Pd: pressão dinâmica [N/m2] : massa especif. fluido [kg/m2] V: velocidade do fluido [m/s] g: aceleração da gravidade [m/s2] : peso especif. fluido [kgf/m3] Pressão total: Soma das pressões estática e dinâmica. Tanto a pressão total quanto estática, como também a dinâmica, podem ser mensuradas através do tubo Pitot.

Figura 2.3: Mensurando pressão estática, dinâmica e total através de um tubo de Pitot.

Pressão diferencial: É a diferença de pressão medida em dois pontos de um duto ou equipamento, também denominado de delta-P. Figura 2.4 (ao lado): Mensuração de pressão diferencial

1-3


2.3. ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO Podem ser classificados como: 1. Elementos mecânicos de medição direta de pressão:

Manômetros de tubo em U Manômetros de tubo inclinado

2. Elementos mecânicos elásticos de medição de pressão:

Diafragma metálico Diafragma não metálico Fole Bourdon (tipo C e helicoidal)

2.3.1. ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DIRETA DE PRESSÃO MANÔMETROS DE TUBO EM U 푃 = 훾 .ℎ onde P: pressão medida [kgf/m2] Hg: peso específico do Hg [kgf/m3] h: diferença de nível [m] Figura 2.5: Diagrama esquemático de um manômetro de tubo em U usando mercúrio.

Os medidores de coluna de líquido não são adequados para altas pressões ou para casos de interação entre o fluido a medir e o líquido da coluna por exemplo. Além disso, ocupam certo espaço e precisam operar em uma determinada posição, o que dificulta a portabilidade. Figura 2.6: Exemplos de manômetros de tubo em U.

2.3.2. ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO DIAFRAGMA - METÁLICO Adequado para pequenas variações de pressão Figura 2.7

1-4


Figura 2.8: Diagramas esquemáticos de manômetros de diafragma metálico, com cápsula de diafragma do tipo montagem simples.

O maior número de diafragmas (cápsulas) permite o aumento da sensibilidade, embora isto leve a uma redução na linearidade. Figura 2.9: Diagrama esquemático de manômetro de diafragma metálico, com cápsula de diafragma do tipo montagem múltipla.

Figura 2.10: Manômetro de diafragma metálico, com cápsula de diafragma do tipo montagem múltipla.

1-5


DIAFRAGMA – NÃO METÁLICOS

Figura 2.11: Diagrama esquemático de medidor de pressão utilizando diafragma não metálico.

Os diafragmas não metálicos são conectados ao processo em que se quer mensurar a pressão, e se movem atuando em oposição a uma mola calibrada ou algum outro elemento elástico (Figura 2.11). Os materiais não metálicos usualmente utilizados na confecção dos diafragmas são teflon, neoprene, polietileno, etc. FOLE

Figura 2.12: Diagrama esquemático de medidor de pressão utilizando fole (esquerda) e exemplar

típico do tipo de instrumento (direita). Foles são elementos elásticos que sofrem expansão e contração quando submetidos a variações de pressão, sendo o movimento resultante utilizado para mensurar pressão. Os materiais mais utilizados são latão, bronze fosforoso, cobre-berílio e aço inox. A escolha do material depende da pressão a ser medida e as condições de corrosão a que será submetido. TUBOS BOURDON C Os tubos Bourdon geralmente são compostos de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência, tendo uma das extremidades fechada e conectada ao dispositivo indicador ou de controle do instrumento. A outra extremidade é aberta e conectada ao processo cuja pressão se deseja mensurar. Uma vez que o tubo Bourdon seja pressurizado, ocorre o movimento da extremidade

1-6


fechada, sendo este movimento transmitido por meio de um dispositivo multiplicador (composto por engrenagens e molas) a um ponteiro que irá mostrar em uma escala o valor da pressão mensurada. Este tipo de tubo Bourdon é denominado de tubo Boudon “C” ou simplesmente de tubo Boudon.

Figura 2.13: Diagrama esquemático de medidor de pressão utilizando tubo Bourdon (direita) e exemplar típico do tipo de instrumento (esquerda).

TUBO BOURDON HELICOIDAL

Figura 2.14: Exemplares típicos de tubos Bourdon helicoidais e respectivos diagramas

esquemáticos.

1-7


FAIXAS DE APLICAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE PRESSÃO

Precisão de 0,5 a 1,0% da escala Faixa de utilização (kgf/cm2): Bourdon “C”: 1 a 2000 Espiral e tubo: 14 a 6000 Helicoidal: até 300 Fole (belows): 0,07 a 2

Figura 2.15

2.4. DISPOSITOVOS ELETRO-ELETRÔNICOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO Capacitivo (Dp cell) – capacitor variável – baixas pressões (não vácuo) Piezoelétrico – cristal monocristalino de sílica – altas pressões estáticas e dinâmicas Transdutor de deformação Normalmente sensores de pressão são associados a sensores de temperatura para evitar distorções CAPACITIVO (DP CELL) – CAPACITOR VARIÁVEL

Nos transdutores capacitivos, o diafragma funciona como armadura comum de dois capacitores em série. O deslocamento do diafragma devido à variação de pressão resulta em aumento da capacitância de um e diminuição de outro. E um circuito oscilador pode detectar essa variação. Figura 2.16

Usados para pressões desde vácuo até cerca de 70 MPa. Diferenças a partir de aproximadamente 2,5 Pa. Precisão de até 0,01 % do fundo de escala. Boa estabilidade térmica. PIEZOELÉTRICO – CRISTAL MONOCRISTALINO DE SÍLICA Os transdutores piezelétricos usam o efeito de mesmo nome para gerar o sinal elétrico. Se o circuito processa apenas a tensão gerada devido ao efeito piezelétrico, o dispositivo registra apenas variações

1-8


de pressão, pois a tensão cai rapidamente em condições estáticas. Isso pode ser muito útil em algumas aplicações. Mas há circuitos que detectam a frequência de ressonância do cristal e, portanto, podem medir pressões estáticas. Entretanto, são sensíveis a variações de temperatura e a instalação requer cuidados especiais.

Figura 2.17: Diagrama esquemático de instrumento utilizando cristal piezoelétrico.

TRANSDUTOR DE DEFORMAÇÃO O transdutor de deformação usa um sensor tipo "strain gage" para indicar a deformação do diafragma provocada pela pressão. Pode medir pressão diferencial conforme esquema da figura a seguir ou ter construção singela, para apenas uma entrada. Precisão até aproximadamente 0,25% do fundo de escala. Há tipos para as mais diversas faixas de pressões (0,001 a 1400 MPa).

Figura 2.18: Diagrama esquemático de transdutor de

deformação.

Figura 2.19: Strain Gage

1-9


2.5. CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE PRESSÃO Ver livro texto Instrumentação Industrial, Egídio Alberto Bega, 3ª Edição, Ed. Interciência, IBP. 2.6. EXERCÍCIOS 1. A uma tubulação que transporta um fluido de peso específico 850 kgf/m³ acopla-se um

manômetro de mercúrio, conforme indicado na figura. A deflexão no mercúrio é de 0,9 m. Sendo dado Hg=13600 kgf/m³, determine a pressão estática a que o fluido está submetido, no eixo da tubulação

2. A uma tubulação que transporta um fluido de peso específico 950 kgf/m³ acopla-se um

manômetro de mercúrio, conforme indicado na figura a seguir. A deflexão no mercúrio é de 1,2 m. Sendo dado Hg =13600 kgf/m³, determine a pressão estática a que o fluido está submetido, no eixo da tubulação.

3. Um óleo (γ = 880 kgf/m3) passa pelo conduto da figura abaixo. Um manômetro de mercúrio,

ligado ao conduto, apresenta a deflexão indicada. A pressão estática em M é de 2kgf/cm2. Obter h.

1-10


4. Os reservatórios fechados R e S (conforma figura abaixo) contém respectivamente, água e um

líquido de peso específico S. Sabe-se que a pressão em R ( PR ) é igual a 1,1kgf/cm2 e que a pressão em S ( PS ) é igual a 0,8 kgf/cm2. Calcular s.

.

Documents

Pressão manométrica Pressão absoluta · PDF file1-3 Apostila: Instrumentação e Controle Prof. Fernando Porto Curso Eng. Produção - UNITAU 2.3. ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO