Instrumentação e Controle de Nível 28/11/20122

Transcrição

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2 Instrumentação e Controle de Nível 28/11/

3 Medição e Controle de Nível Medir a variável nível em processos industriais é quantificar referências por meio de monitoramento contínuo ou discreto com o objetivo de avaliar e controlar volumes de estocagens em tanques ou recipientes de armazenamento. São chamados de monitoramento de nível contínuo quando fornecem uma saída proporcional ao nível que se deseja medir, e discretos quando se tem no máximo uma indicação de uma faixa de presença do material armazenado. 28/11/2012 3

4 Medição e Controle de Nível 28/11/2012 4

5 Medição e Controle de Nível 28/11/2012 5

6 Medição Direta 28/11/2012 6

7 Medição e Controle de Nível a) Medição por visor de nível Consistem em uma janela de vidro de alta resistência a impacto, elevadas temperatura e pressão (560ºC e 220 atm quando revestidas de protetores de mica e tubo metálico), bem como ação de ácidos. c 28/11/2012 7

8 b) Medição por Bóia O sistema de controle de nível por bóia baseia-se na mudança de altura de um flutuador colocado na superfície do líquido. Seu movimento pode transmitir uma informação contínua que possibilita o conhecimento da altura efetiva, em unidades de comprimento ocupado pelo fluido dentro do recipiente que o contém, ou uma informação discreta, controlando limites máximos e mínimos por meios mecânicos ou elétricos, servindo nesse caso como uma chave de nível (chave bóia) que bloqueia a admissão do fluido quando atinge seu limite máximo e liberao quando atinge o nível mínimo. Geralmente a escala é chamada invertida, pois o nível vazio fica no topo da escala e o nível cheio na base da escala. Medição e Controle de Nível c 28/11/2012 8

9 Medição e Controle de Nível Estes medidores de nível podem ser convertidos em transmissores com o acréscimo de um conjunto com componentes elétricos que possibilitam a emissão de impulsos elétricos correspondentes ao nível (sistema telepulse ). Este sistema permite também a transmissão da temperatura dos tanques, desde que sejam isolados os elementos de medição adequadamente. A leitura poderá ser feita, portanto, remotamente em uma sala de controle. - Os tanques, geralmente, tem uma escotilha de medição, com a finalidade de serem feitas pelos operadores, medições locais (manuais), com o auxílio da chamada trena de medição. Consta de uma trena de aço com um prumo de latão na extremidade. Se o produto é escuro e deixa marca na trena, a medição é feita simplesmente pela imersão da trena de Medição. Se o produto é claro ou então existe mais de um produto, não miscíveis, de densidades diferentes, a trena deverá ser usada com pastas identificadoras, que permitem o corte ou alteração de cor ou pelo produto claro ou por um dos produtos no nível interfacial entre os dois produtos. c 28/11/2012 9

10 Medição e Controle de Nível c) Medição Por Contatos De Eletrodos Este tipo de procedimento é particularmente aplicável à medição de nível de fluidos condutivos (condução igual ou maior que 50μS), não corrosivos e livres de partículas em suspensão. A sonda de medição é formada por dois eletrodos cilíndricos, ou apenas um quando a parede do reservatório for metálica. O sistema é alimentado com tensão alternada de baixo valor (~10V), a fim de evitar a polarização dos eletrodos. Pode ser utilizado para medições contínuas ou discretas. Em medições contínuas a sonda é montada verticalmente do topo para dentro do reservatório, sendo tão profunda tal qual o nível que se deseja medir. A corrente elétrica circulante é proporcional à parcela do eletrodo imersa no fluido. 28/11/

11 Medição e Controle de Nível d) Medição de Nível por Pressão Hidrostática (pressão diferencial) Neste tipo de medição usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos indiretamente o nível, como mostra abaixo o Teorema de Stevin: P = γ.h Onde: P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O h = nível em mm ou em polegadas γ = densidade relativa do líquido na temperatura ambiente. 28/11/

12 Medição Indireta 28/11/

13 Medição e Controle de Nível a) Medição por Capacitância A medição de nível por capacitância é um sistema de medição com larga aplicação. Com esse sistema é possível efetuar a medição contínua do nível de líquidos e sólidos, tendo seu princípio de funcionamento baseado no funcionamento de um capacitor cilíndrico. O sensor capacitivo pode ser montado na forma de uma sonda que é montada na parte superior de um reservatório, voltada para dentro e imersa no fluido que ali esteja estocado, ou ainda uma simples haste cilíndrica metálica de raio, sendo que o cilindro externo será o próprio tanque metálico de estocagem. À medida que o nível do tanque for aumentando, o valor da capacitância aumenta progressivamente à medida que o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir. c 28/11/

14 Medição e Controle de Nível 28/11/

15 Medição e Controle de Nível b) Medição por Empuxo O sistema de medição por flutuadores segue o Princípio de Archimedes : Todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima. Neste sistema, um elemento (flutuador) com densidade maior que o líquido cujo nível se deseja medir é suspenso por uma mola, um dinamômetro ou uma barra de torção. À medida que o nível do líquido aumenta, o peso aparente do flutuador diminui, fazendo atuar o mecanismo de indicação ou de transmissão. Entretanto, para o uso adequado desse medidor, a densidade do líquido deve ser conhecida e constante. Denomina-se empuxo a força exercida pelo fluido do corpo nele submerso ou flutuante. 28/11/

16 Medição e Controle de Nível c) Medição por Célula d/p CELL O instrumento detector é uma célula do tipo diferencial de pressão que mede a pressão exercida por um líquido, utilizando para tal um transmissor de células de pressão diferencial. Esse transmissor irá transmitir quer um sinal pneumático, quer um sinal eletrônico a um indicador distante. A pressão hidrostática exerce uma força contra um diafragma de aço da câmara de pressão (H), sendo este equilibrado contra a pressão atmosférica da câmara de pressão inferior (L). Qualquer desequilíbrio é detectado pelo transmissor que contém um amplificador que enviará um sinal em proporção direta ao nível no tanque.. 28/11/

17 Medição e Controle de Nível 28/11/

18 Medição e Controle de Nível d) Medição por Caixa de Diafragma A medição por caixa de diafragma é composta por uma simples caixa de diafragma imersa até o fundo do tanque, tendo em sua extremidade um capilar que se estende até a parte externa do tanque, sendo conectado a um manômetro de pressão. Na caixa de diafragma fechada a pressão hidrostática do líquido deforma a membrana flexível de neopreme para dentro da caixa, comprimindo o líquido em seu interior que pode ser o próprio ar ou glicerina. Assim, a pressão indicada no manômetro será proporcional à profundidade em que a caixa se encontra. 28/11/

19 Medição e Controle de Nível e) Medição por Tubo em U O sistema consiste em um simples tubo em U contendo mercúrio, instalado no fundo de um reservatório não pressurizado ou aberto, e considerando que o reservatório venha sempre a conter o mesmo tipo de líquido, isto quer dizer que será sempre o mesmo peso específico. Em vez da escala de pressão, pode ser registrada no tubo uma escala que permita a leitura do nível do líquido diretamente neste. 28/11/

20 Medição e Controle de Nível f) Medição de Nível por Borbulhamento A medição de nível por borbulhamento é também uma outra variante da medição por pressão hidrostática. Neste sistema é importante que o peso específico do líquido permaneça sempre constante. O sistema é alimentado com um suprimento de ar ou gás com uma pressão aproximadamente 20% maior que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O suprimento de alimentação é continuamente introduzido na parte superior de um tubo mergulhado e sai em borbulhas pela sua extremidade inferior. A vazão de suprimento é ajustada por uma válvula de agulha até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades, havendo então, um borbulhamento sensível no líquido em medição. No outro braço da tubulação é instalado um manômetro que indicará o valor da pressão devido ao peso da coluna líquida. Com o uso de um manômetro, o nível pode ser obtido por uma equação. 28/11/

21 Medição e Controle de Nível g) Medição de Nível por Radiação A medição de nível por radiação de líquidos e sólidos armazenados em tanques ou reservatórios por meio de radiação é um processo caro e não muito difundido principalmente porque só deve ser utilizado em situações em que for completamente impossível a aplicação de algum outro sistema de menor risco e, portanto, que necessite menor grau de proteção. A faixa do espectro radioativo normalmente utilizado é o de raios gama que possuem energia bastante elevada e consequentemente um grande poder de penetração. A unidade básica de medida da intensidade radioativa é o CURIE, em homenagem a Marie Curie que, em 1898, descobriu que certos elementos emitiam energia naturalmente e denominou essas emissões de raios gama. Os sensores utilizados para medição de nível por radiação, são constituídos por um reservatório; num dos seus lados está localizada uma fonte de raios gama (emissor) e do lado oposto um conjunto de células de medição (receptor). c 28/11/

22 Medição e Controle de Nível h) Medição de Nível por Ultra-som O ultra-som é uma onda sonora de altíssima freqüência que não pode ser percebida pelo ouvido humano cuja faixa audível varia de 20 Hz a 20 KHz. Sua velocidade é uma função do módulo volumétrico de elasticidade (ou modulo de compressão) e da densidade do meio no qual se propaga. Na medição de nível sua aplicação se dá pela medição do tempo em que ela é emitida e recebida, quando a partir da emissão por uma fonte de ultra-som propaga-se até refletir devido à colisão com um meio de densidade diferente do qual está se propagando. c 28/11/

23 Medição e Controle de Nível i) Medição de Nível por Pesagem É um meio relativamente simples de medir o nível de líquidos ou sólidos armazenados em tanques e recipientes. Basicamente se utiliza uma célula de carga convenientemente instalada (tanque montado sobre plataforma de pesagem) e ocupado pela substância armazenada. 28/11/

24 Medição e Controle de Nível l) Indicadores de Nível Rotativos (Rodobin) Os indicadores de nível modelo ILT são especialmente projetados para sinalizar materiais em pó ou grão no nível mínimo ao máximo em baldes, tremonhas e silos. Trabalho rotativo constante, 1 giro/minuto. Assim que a pá rotativa do indicador ILT sentir a presença de material, automaticamente interrompe o giro e informa ao painel de comandos que naquele ponto já tem produto. Os indicadores ILT podem ser instalados no topo ou na lateral do compartimento de estocagem. Sua utilização mais comum é em materiais com densidade 0,5 T/m³ a 2,0 T/m³.. 28/11/

25 Instrumentação e Controle de Temperatura 28/11/

26 Conceitos de Temperatura Medição e Controle de Temperatura Calor, temperatura, equilíbrio térmico, sensação de frio e quente são termos conhecidos e utilizados por todos nós com um sentido restrito ao uso cotidiano. O conceito de temperatura está associado ao seguinte fato experimental, conhecido como lei zero da Termodinâmica: Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro, estão em equilíbrio térmico ente si. TEMPERATURA: Consiste no grau de agitação das moléculas.é uma medida do nível da intensidade calorífica de pressão térmica de um corpo. CALOR: É a energia que é transferida entre um sistema e seu ambiente, devido a uma diferença de temperatura que existem entre eles. 28/11/

27 Medição e Controle de Temperatura A Lei Zero da Termodinâmica Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro, estão em equilíbrio térmico ente si. Assim, dois sistemas em equilíbrio térmico entre si estão à mesma temperatura. Para saber se dois sistemas têm a mesma temperatura não é necessário colocá-los em contato térmico entre si, bastando verificar se ambos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, chamado termômetro. 28/11/

28 Medição e Controle de Temperatura A Primeira Lei da Termodinâmica A energia interna (U) do sistema é a soma de todas as energias (cinética, potencial, etc.) de todas as partículas que o constituem e, como tal, é uma propriedade do sistema, ou seja, DU só depende dos estados inicial e final da transformação considerada. No caso em que a energia interna do sistema pode variar por troca de energia com a vizinhança na forma de trabalho (W) e calor (Q) temos: DU = Q W Onde W representa o trabalho do sistema sobre a vizinhança e Q, a quantidade de energia na forma de calor que flui da vizinhança para o sistema. 28/11/

29 Medição e Controle de Temperatura A Segunda Lei da Termodinâmica Na natureza observa-se que é possível a passagem espontânea de energia na forma de calor apenas de um corpo de temperatura maior a outro de temperatura menor. A segunda lei da Termodinâmica dá conta desta falta de correspondência. A segunda lei da Termodinâmica pode ser enunciada da seguinte maneira (enunciado de Kelvin): É impossível realizar um processo cujo único efeito seja a produção de trabalho às custas da energia na forma de calor retirada de uma única fonte térmica. A segunda lei da Termodinâmica pode, também, ser enunciada da seguinte maneira (enunciado de Celsius): É impossível realizar um processo cujo único efeito seja a transferência de energia na forma de calor de uma fonte para outra a temperatura maior. 28/11/

30 Medição e Controle de Temperatura Teoria Cinética dos Gases Ideais As leis de Boyle e de Gay-Lussac valem para gases ideais. Ou seja, valem para um gás real na medida em que ele se comporta como ideal. Pela teoria cinética vimos que a pressão aumenta à medida que o volume diminui (lei de Boyle) porque as moléculas colidem com maior freqüência com as paredes do recipiente, e que a pressão aumenta com o aumento da temperatura (lei de Gay-Lussac) porque a elevação da temperatura aumenta a velocidade média das moléculas e, com isso, a freqüência das colisões com as paredes e a transferência de momentum. O sucesso da teoria cinética mostra que a massa e o movimento são as únicas propriedades moleculares responsáveis pelas leis de Boyle e de Gay-Lussac. 28/11/

31 Medição e Controle de Temperatura Escalas de Temperatura Escalas mais utilizadas : A Celsius, que divide a medição de temperatura em 100partes iguais, denominadas graus centígrados, e a Fahrenheit, que é dividida em 180 partes iguais denominados graus Fahrenheit. A escala graus Fahrenheit é usada em muitos países de língua inglesa. A escala Kelvin é a escala absoluta de temperatura. 28/11/

32 Medição e Controle de Temperatura Escala KELVIN (Temperatura Termodinâmica), ou Escala Absoluta. O físico irlandês William Thomson (lorde Kelvin) chegou à conclusão de que, se a temperatura mede a agitação das moléculas, então a menor temperatura possível aconteceria quando as moléculas estivessem em repouso absoluto. A esse estado de repouso térmico chamamos zero absoluto. Baseado no conceito de temperatura, ele criou a Escala Absoluta, conhecida como Escala Kelvin. Ele descobriu em laboratório que, para cada grau Celsius abaixado, a pressão de um gás diminuía 1/273, portanto a pressão seria zero quando ele abaixasse 273 graus. Em um gás a pressão também depende do movimento das moléculas, por isso a pressão zero só poderia acontecer quando as moléculas estivessem em repouso absoluto. E, assim, foi estabelecido o zero absoluto. Seguindo o raciocínio, isto é, subindo de grau em grau, Kelvin definiu o ponto de fusão do gelo de água em 273K e o ponto de ebulição da água em 373K. 28/11/

33 Medição Direta 28/11/

34 Medição e Controle de Temperatura Termômetros de Ponteiro Instrumento de indicação, alarme, monitoração e controle de temperatura para qualquer tipo de aplicação industrial, com precisão, robustez, e confiança Características Robusto e resistente à vibração Alta precisão (Classe 1) Resposta rápida Não requer alimentação elétrica A ponta sensora é preenchida com um gás (geralmente Nitrogênio ou Argônio). Mudanças de temperatura causa mudança de pressão no gás que se expande, provocando um curvamento num bourdon que movimenta o ponteiro. 28/11/

35 Termômetro de Expansão Medição e Controle de Temperatura Termômetro que contém um bulbo de vidro, e no seu interior um material termo-sensível. Na medida que a temperatura aumenta, este liquido tem seu volume aumentado, fazendo com que seu nível marque a escala graduada adjunta ao bulbo 28/11/

36 Termômetro Capela Medição e Controle de Temperatura Termômetro de expansão, que tem instalado uma proteção de alumínio anodizado e haste de latão de 25 a 1000 mm, rosca opcional, capilar redondo branco ou amarelo, conforme norma DIN. 28/11/

37 Termômetro Bi-metálico Medição e Controle de Temperatura Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. O termômetro bimetálico consiste em duas laminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas, formando uma só peça. Variando-se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional a temperatura. Na prática a lamina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade. O termômetro mais usado é o de lamina helicoidal, e consiste em um tubo bom condutor de calor, no interior do qual é fixado um eixo que por sua vez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. 28/11/

38 Medição Indireta 28/11/

39 Termopares (Thermocouples) Teoria Termoelétrica Medição e Controle de Temperatura O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T. J. Seebeck, quando ele notou que em um circuito fechado formado por dois condutores metálicos e distintos A e B, quando submetidos a um diferencial entre as suas junções, ocorre uma circulação de corrente elétrica ( i ). A existência de uma força eletro-motriz (F.E.M.)E AB, ou tensão, no circuito é conhecida como Efeito Seebeck, e este se produz pelo fato de que a densidade de elétrons livres num metal, difere de um condutor para outro e depende da temperatura. Quando este circuito é interrompido, a tensão do circuito aberto (Tensão de Seebeck ) torna-se uma função das temperaturas das junções e da composição dos dois metais. Denominamos a junção na qual está submetida à temperatura a ser medida de Junção de Medição (ou junta quente) e a outra extremidade que vais se ligar no instrumento medidor de junção de referência (ou junta fria). 28/11/

40 Termopares (Thermocouples) Medição e Controle de Temperatura O elemento termopar consiste em dois fios de diferentes ligas metálicas, emendados juntos num ponto onde será medida a temperatura. Esta junção gera uma pequena tensão quando aquecida. Esta tensão é em função da temperatura da junção. A relação entre a temperatura da junção e a tensão de saída varia para diferentes tipos de termopares. No instrumento de medição, a tensão do termopar na junta de referência depende do material do fio do termopar a da diferença de temperatura entre a junção sensora e a junção de referência. A temperatura da junção de referência deve ser mantida constante. Se isto não for possível, a conexão do termopar ao instrumento de medição deve ser feita usando um cabo de compensação. Por este método, o sinal de saída do termopar pode ser transmitido, para temperatura acima de 200 C, sem perda significantes de precisão. 28/11/

41 Medição e Controle de Temperatura Cabeçotes A função do cabeçote é a de proteger os contatos do bloco de ligação, facilitar a conexão do tubo de proteção e do conduíte, além de manter uma temperatura estável nos contatos do bloco de ligação, para que os contatos feitos de materiais diferentes do termopar não interfiram no sinal gerado por ele. O Cabeçote a Prova de Tempo, é um cabeçote mais robusto, indicado ambientes onde é necessário a proteção contra os efeitos do meio ambiente como umidade, gases não inflamáveis, poeiras, vapores e vedação (gaxetas), que fazem a vedação contra o tempo, vapor, gases e pó. Seu corpo é feito de alumínio ou ferro fundido com sua tampa rosqueada para maior proteção. 28/11/

42 Poços Termométricos Medição e Controle de Temperatura O poço termométrico tem a função de proteger os termoelementos contra a ação do processo (ambientes agressivos, esforços mecânicos entre outros). É fornecido com meio para ligação estanque do processo, ou seja, veda o processo contra vazamentos, perdas de pressão, contaminações e outros. Genericamente usa-se o poço onde as condições do processo requisitam alta segurança e são críticas tais como altas temperaturas e pressões, fluidos muito corrosivos, vibrações e alta velocidade de fluxo. 28/11/

43 Medição e Controle de Temperatura PT100 - Termorresistência de Platina A termorresistência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua grande estabilidade e precisão. Convencionou-se chamá-la de PT100, (fios de platina com 100 a 0ºC). Sua faixa de trabalho vai de -200 a 650ºC, porém a ITS-90 padronizou seu uso até 962ºC aproximadamente. Aplicações típicas: Processos industriais Plantas Aquecedores dágua (Boilers) Sistemas de aquecimento Sistemas de ar condicionado Sistemas de ventilação Fogões 28/11/

44 Medição e Controle de Temperatura PT100 As termoresistências ou bulbos de resistência ou termômetros de resistência ou RTD, são sensores que se baseiam no princípio da variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Elas aumentam a resistência com o aumento da temperatura. Seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma de fio de platina de alta pureza, de níquel ou de cobre (menos usado) encapsulado num bulbo de cerâmica ou vidro. Entre esses materiais, o mais utilizado é a platina pois apresenta uma ampla escala de temperatura, uma alta resistividade permitindo assim uma maior sensibilidade, um alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura, uma boa linearidade resistência x temperatura e também ter rigidez e ductibilidade para ser transformada em fios finos, além de ser obtida em forma puríssima. 28/11/

45 Medição e Controle de Temperatura Vantagens e Desvantagens de Termorresistência (PT100) x Termopar Vantagens: a) Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que os outros tipos de sensores. b) Tem características de estabilidade e repetibilidade melhores do que os termopares. c) Com ligação adequada, não existe limitação para distância de operação. d) Dispensa o uso de fios e cabos de extensão e compensação para ligação, sendo necessário somente fios de cobre comuns. e) Se adequadamente protegido ( poços e tubos de proteção ), permite a utilização em qualquer ambiente. f) Curva de Resistência x Temperatura mais linear. g) Menos influenciada por ruídos elétricos. 28/11/

46 Medição e Controle de Temperatura Vantagens e Desvantagens de Termorresistência (PT100) x Termopar Desvantagens: a) São mais caras do que os sensores utilizados nesta mesma faixa. b) Range de temperatura menor do que os termopares. c) Deterioram-se com mais facilidade, caso se ultrapasse a temperatura máxima de utilização. d) É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura estabilizada para a correta indicação. e) Possui um tempo de resposta mais alto que os termopares. f) Mais frágil mecanicamente g) Autoaquecimento, exigindo instrumentação sofisticada. 28/11/

47 Termômetros Portáteis Medição e Controle de Temperatura Instrumento digital portátil, de dois canal, com LCD de 3 1/2 dígitos, resolução de 1 C ou 1 F, precisão básica de 0.3%+2 C, congelamento de leitura e função T1 - T2. Realiza medidas de temperatura na faixa de -50 C a 1300 C ou -58 F a 1999 F, com uso de termopar tipo K. Instrumento digital portátil, tipo vareta, a prova de água, LCD de 3 1/2 dígitos, resolução de 0,1 C ou 0,1 F, precisão básica de 3 C, registro de máximo e mínimo. Realiza medida de temperatura na faixa de -10 C a 200 C ou 14 F a 392 F. 28/11/

48 Medição por Infra-vermelho Medição e Controle de Temperatura A tecnologia infravermelha não é um fenômeno novo, ela tem sido utilizada com sucesso em setores industriais e de pesquisa durante décadas, mas inovações tem reduzidos custos, ampliado a confiabilidade, e resultou em sensores infravermelhos para medição de temperatura sem contato. Quais as vantagens da medição de temperatura sem contato? É rápida (na faixa de ms), permitindo mais medições e acumulação de dados Medições podem ser feitas em objetos perigosos ou fisicamente inacessíveis (partes com alta-voltagem, medições a grande distância) Facilidade de medição quando o alvo está em movimento Medições de altas temperaturas(maiores que 1300 C) não apresentam problemas. Em casos similares, termômetros comuns não podem ser utilizados ou tem a sua vida útil reduzida Em casos de maus condutores de calor como plástico e madeira, medições são extremamente precisas sem distorções dos valores, se comparado com medições com termômetros de contato. 28/11/

49 Medição e Controle de Temperatura Toda forma de matéria com temperatura(t) acima do zero absoluto emite radiação infravermelha de acordo com a temperatura. Isto é chamado de radiação característica. A causa disto é o movimento mecânico interno das moléculas. A intensidade deste movimento depende da temperatura do objeto. Como o movimento das moléculas representa deslocamento de cargas, radiação eletromagnética(fótons) é emitida. Estes fótons movem-se coma velocidade da luz e comportam-se de acordo com os princípios óticos conhecidos. Eles podem ser defletidos, focados por lentes, ou refletidos por superfícies reflexivas. O espectro desta radiação tem faixa de 0,7 a 1000 µm de comprimento de onda. Por esta razão, a radiação não pode ser normalmente vista a olho nu. Esta área encontra-se na área de luz vermelha da luz visível e desta forma tem sido chamada de infravermelha. 28/11/

50 Medição por Infra-vermelho Medição e Controle de Temperatura 28/11/

51 Instrumentação e Controle de Vazão 28/11/

52 Medição e Controle de Vazão Cada fluido tem as seguintes características: Densidade; Viscosidade Absoluta; Viscosidade Cinética (ou Cinemática); Comportamento do escoamento (Reynolds). DENSIDADE ( ) É definida como sendo a massa (m) por unidade de volume (V) de uma substância. 28/11/

53 Medição e Controle de Vazão VISCOSIDADE ABSOLUTA É um propriedade que os fluidos tem de resistir ao fluxo. Se um fluido tem alta viscosidade (como óleo pesado), ele apresenta maior dificuldade de escoar. Fluidos de alta viscosidade requer mais energia para circular numa tubulação do que um de baixa viscosidade. Para demonstrar a viscosidade, façamos o seguinte: Uma esfera é permitida cair através de um fluido sobre a influência da gravidade. A medida da distância(d) pela qual a esfera cai e o tempo(t) gasto para cair, se determina a velocidade (u). A seguinte equação é então usada para determinar a viscosidade dinâmica: 28/11/

54 Medição e Controle de Vazão Onde: = viscosidade dinâmica ou absoluta( Pa.s) = diferença de densidade entre a esfera e o líquido (kg/m 3 ) g = aceleração da gravidade (9,81 m/s 2 ) r = raio da esfera (m) u = Velocidade ( d/t) A unidade é Pa.s (pascal segundo). Algumas literaturas usam como unidade de viscosidade o Centipoise (cp) sendo 1 cp = 10-3 Pa.s VISCOSIDADE CINÉTICA expressa a relação entre a viscosidade absoluta e a densidade do fluido. 28/11/

55 Medição e Controle de Vazão Número de Reynolds Osborne Reynolds desenvolveu um identificador de regime de escoamento, baseados em parâmetros cujas unidades, uma vez efetuada a operação, resultam em um valor adimensional: Onde: = Densidade (Kg/m3) = Viscosidade dinâmica ou absoluta (Pa.s) U = velocidade média do fluido na tubulação (m/s) D = diâmetro interno da tubulação (m) 28/11/

56 Regimes de Fluxo Medição e Controle de Vazão Se os efeitos da viscosidade na tubulação fossem ignoradas, o fluido passaria pelo tubo com uma velocidade uniforme em toda a sua seção transversal. O perfil de velocidade seria o seguinte: Entretanto, o exemplo acima é um caso ideal e não real. Na prática, a viscosidade afeta a vazão do fluido e, em conjunto com a fricção, faz com que a velocidade do fluido próximo à parede do tubo seja menor. 28/11/

57 Regimes de Fluxo Medição e Controle de Vazão Para baixo N de Reynolds (2300 ou abaixo) o fluxo é laminar, ou seja, todas as linhas de corrente de fluxo ocorrem ao longo do eixo X do tubo. Sobre estas condições, a fricção do fluido contra a parede do tubo fará com que a parte do fluido com maior velocidade esteja mais concentrada na região central da tubulação Com o aumento da velocidade, e quando o N de Reynolds excede 2300, o fluxo torna-se turbulento, com mais e mais redemoinhos. Quando o N de Reynolds alcançar , o fluxo será completamente turbulento. 28/11/

58 Medição e Controle de Vazão Exemplo de Regimes de Fluxo 28/11/

59 Medição e Controle de Vazão 28/11/

60 Medição de Vazão por Turbina 28/11/

61 Medição e Controle de Vazão Um medidor de vazão tipo turbina, conforme a figura a seguir, consiste basicamente de um rotor provido de palhetas, suspenso numa corrente de fluido com seu eixo de rotação paralelo a direção do fluxo. O rotor é acionado pela passagem de fluido sobre as palhetas em ângulo; a velocidade angular do rotor é proporcional à velocidade do fluido que, por sua vez, é proporcional à vazão do volume. Uma bobina sensora na parte externa do corpo do medidor, detecta o movimento do rotor. Medidores de Vazão Rotativos 28/11/

62 Medição e Controle de Vazão Medidores de Vazão Rotativos, Unijato. Medidores de Vazão Rotativos, Multijato. Medidores de Vazão Rotativos, Multijato, tipo Wolthman. 28/11/

63 Medição e Controle de Vazão Esta bobina é alimentada, produzindo um campo magnético. Como as palhetas do rotor são feitas de material ferroso, à medida que cada palheta passa em frente à bobina corta o campo magnético e produz um pulso. O sinal de saída é uma seqüência de pulsos de tensão, em que cada pulso representa um pequeno volume determinado de líquido. O sinal detectado é linear com a vazão. Unidades eletrônicas associadas permitem indicar a vazão unitária ou o volume totalizado, podendo efetuar a correção automática da temperatura e/ou pressão e outras funções. 28/11/

64 Medição e Controle de Vazão 28/11/

65 Medição e Controle de Vazão Possíveis configurações de instalação 28/11/

66 Procedimento de Start-up e Shut-Down : 1. Válvula C está aberta. Válvulas A, B e D fechadas 2. Abra lentamente a válvula A 3. Quando o medidor parar de registrar, lentamente abra a válvula B 4. Lentamente feche a válvula C. Shut-Down Abra a Válvula C Lentamente feche a válvula B Lentamente feche a válvula A. Cuidadosamente abra a válvula D 28/11/

67 Medição de Vazão por Eletromagnético 28/11/

68 Medição e Controle de Vazão O princípio de medição é baseado na lei de Faraday que diz que: Quando um condutor se move dentro de um campo magnético, é produzida uma força eletromotriz (f.e.m.) proporcional a sua velocidade. Vamos supor que nós temos um campo magnético, com densidade de fluxo magnético igual a B (gauss), aplicado a uma seção de uma tubulação com diâmetro D (m). Se a velocidade média do fluido que passa pela tubulação é igual a V (m/s), quando colocamos um par de eletrodos em uma posição perpendicular ao fluxo magnético, teremos uma força eletromotriz E(V) induzida nestes eletrodos, e a sua amplitude dada por: E = B. D. V 28/11/

69 Medição e Controle de Vazão A vazão (Q) de um fluido em um tubo é dada por: Tirando o valor da velocidade (V) da equação acima e substituindo na equação anterior. Teremos a vazão (Q) dada em função da densidade de fluxo magnético (B), força eletromotriz induzida (E) e o diâmetro da tubulação. 28/11/

70 Medição e Controle de Vazão B Densidade do fluxo magnético [ weber/m 2 ] D Distância entre os eletrodos [m] V Velocidade do fluxo [m/s] E Tensão induzida [Volts] 28/11/

71 Medição e Controle de Vazão 28/11/

72 Medição de Vazão por Deslocamento Positivo 28/11/

73 Medição e Controle de Vazão Principio de operação: a medição é feita por meio de dois rotores no formato de um oito que rotaciona/conta o volume predeterminado no interior da câmara.4 vezes por revolução uma unidade fixa de volume passa como indicado abaixo 28/11/

74 Medição e Controle de Vazão 28/11/

75 Medição e Controle de Vazão 28/11/

76 Medição e Controle de Vazão 28/11/

77 Medição e Controle de Vazão 28/11/

78 Medição de Vazão por Efeito Coriolis 28/11/

79 Um medidor de vazão Coriolis, consiste num sensor, num transmissor e, em muitos casos, dispositivos periféricos que permitem monitoração, alarmes, e/ou funcões de controle. Abaixo um exemplo típico: Medição e Controle de Vazão 28/11/

80 Medição e Controle de Vazão O transmissor é o cérebro do sistema e executa 3 (três) ações: Primeira, o transmissor envia um corrente pulsante para uma bobina que faz com que os tubos do medidor Coriolis vibrem. Segunda: o transmissor processa os sinais do sensor de entrada, executa cálculos e gera sinais de saída padrões ( como 4 a 20 ma) para dispositivos periféricos. E finalmente, o transmissor permite comunicação com o operador ou sistema de controle. 28/11/

81 Medição e Controle de Vazão 28/11/

82 Coriolis _ Principio de operação Medição e Controle de Vazão 28/11/

83 Medição de Vazão por Diafragma 28/11/

84 Medição e Controle de Vazão Conceitos: Este medidor do tipo volumétrico por diafragma é apto para a medição de consumo doméstico de gás natural, GLP ou manufaturado. Suas características de fabricação asseguram alta confiabilidade operacional durante longos anos sem manutenção. Por ser de tamanho compacto, facilita seu manuseio e instalação. Características Funcionais O princípio de funcionamento consiste em um sistema de canais comunicantes entre as quatro câmaras que, enquanto se enchem, movimentam os diafragmas que coordenam a carga e descarga do sistema, acionando a válvula rotativa que movimenta o sistema de integração. 28/11/

85 Medição e Controle de Vazão O medidor de gás, linha industrial, é resultado de pesquisas e desenvolvimentos voltados para atender as necessidades das indústrias em geral e distribuidoras de gás. São compostos de várias câmaras que, alternadamente, com a passagem de gás, enchem e esvaziam através da movimentação dos diafragmas. Este movimento é transmitido por eixos e reduzido por engrenagens até a relojoaria onde é fornecida a indicação do volume. 28/11/

86 Medição de Vazão Linear (Rotâmetro) 28/11/

87 Medição e Controle de Vazão Rotâmetros são medidores de vazão por área variável, nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido.basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes: 1) Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na tubulação em que passará o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico ficará voltada para cima. 2) No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida. 28/11/

88 Princípio Básico Medição e Controle de Vazão O fluido passa através do tubo da base para o topo. Quando não há vazão, o flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior é usualmente selecionado de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tubo, quase que completamente. Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxo torna o flutuador mais leve; porém, como o flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o empuxo não é suficiente para levantar o flutuador. A área de passagem oferece resistência à vazão e a queda de pressão do fluido começa a aumentar. Quando a pressão diferencial, somada ao efeito de empuxo do líquido, excede a pressão devido ao peso do flutuador, então o flutuador sobe e flutua na corrente fluida. 28/11/

89 Com acoplamento magnético Medição e Controle de Vazão Conexões: flangeadas, roscadas ou sanitárias. Diâmetro: de DN 1/2" a 4" Pressão até 100 kgf/cm². Temperatura até 300. Medição de líquidos e gases, inclusive líquidos não transparentes. Instalações com pressões e temperaturas elevadas, líquidos corrosivos. Acessórios: contato elétrico, transmissor de sinal eletrônico, transmissor de sinal pneumático, totalizador, jaqueta de aquecimento, jaqueta de resfriamento, radiador, sistema de amortecimento 28/11/

90 Medição e Controle de Vazão 28/11/

91 Medição e Controle de Vazão 28/11/

92 Chaves indicadoras de Fluxo 28/11/

93 Medição e Controle de Vazão Com êmbolo. Diâmetros 1/4 a 4 ; Conexões flangeadas, roscadas ou para mangueira. Instalação na posição horizontal Segurança máxima; Baixas ou altas pressões. Também fornecido invólucro em policarbonato (custo reduzido) 28/11/

94 Medição e Controle de Vazão Com palheta. Diâmetros 2" a 30 ; Conexões flangeadas, roscadas ou para mangueira; Pressão máxima: 70 kgf/m²; Temperatura máxima: C (invólucro metálico) - 70 C (invólucro plástico); Construção robusta. Também fornecido invólucro em policarbonato (custo reduzido) 28/11/

95 Medição e Controle de Vazão Com palheta Para sistemas de incêndio Para tubulações de 2" a 8. Própria para sistemas de incêndio Ideal nas instalações em áreas classificadas. Sinaliza ausência ou presença de fluxo (o instrumento pode ser fornecido com proteção à prova de explosão) 28/11/

96 Instrumentação e Controle de Pressão 28/11/

97 Medição e Controle de Pressão Pressão Pressão (P) é a força aplicada em, ou distribuída sobre uma superfície. A pressão P é a força F distribuída sobre a área A, e é definida como: Pressão = Força Área Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as medidas de vazão, nível e volume, podem ser inferidas a partir dela. 28/11/

98 Medição e Controle de Pressão Pressão Pressão Atmosférica ou Barométrica É a pressão exercida pela atmosfera terrestre. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 101,325 kpa (1 atm) e decresce com o incremento da altura. Pressão Relativa ou Manométrica É a pressão acima da pressão atmosférica. Representa a diferença entre a pressão medida e a pressão atmosférica tomada como unidade de referência. Pressão Absoluta É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir do vácuo absoluto. 3 Kgf/cm² - Pressão Relativa <=> 4,033 Kgf/cm² a Pressão Absoluta Pressão Negativa ou Vácuo É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica. 28/11/

99 Medição e Controle de Pressão Pressão 28/11/

100 Medição e Controle de Pressão Pressão Pressão Diferencial É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo P (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc.. Pressão Estática É o peso exercido por um líquido em repouso ou a pressão exercida na superfície por um fluído passando paralelo à parede da tubulação, sendo que a tomada de impulso está perpendicular a parede. Também conhecida por Pressão da Linha ou Pressão de Trabalho. Pressão Dinâmica ou Cinética É a pressão exercida por um fluído em movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo; portanto está em paralelo à parede do tudo. Pressão Hidrostática É a pressão abaixo da superfície do líquido exercida pelo líquido acima 28/11/

101 Medição e Controle de Pressão Pressão 28/11/

102 Medição e Controle de Pressão Pressão Diferencial É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo ΔP (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc. 28/11/

103 Medição e Controle de Pressão Manômetro tipo Coluna em U O tubo em U é um dos medidores de pressão mais simples entre os medidores para baixa pressão. É constituído por um tubo de material transparente (geralmente vidro) recurvado em forma de U e fixado sobre uma escala graduada 28/11/

104 Medição e Controle de Pressão Manômetro Tubo Bourdon O manômetro de Tubo de Bourdon, ou simplesmente manômetro de Bourdon, consiste em um tubo com seção oval, que poderá estar disposto em forma de C, espiral ou helicoidal, tem uma de sua extremidade fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida. Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através de engrenagens é transmitido a um ponteiro que irá indicar uma medida de pressão em uma escala graduada. 28/11/

105 Manômetro Tubo Bourdon Medição e Controle de Pressão Manômetro de Bourdon Explodido 28/11/

106 Medição e Controle de Pressão Medição de Pressão No Tubulão Superior de Uma Caldeira Medição de Vácuo 28/11/

107 Medição e Controle de Pressão Manômetro de Pressão Diferencial Este tipo construtivo é adequado para medir a diferença de pressão entre dois pontos quaisquer do processo. É composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposição e interligados por articulações mecânicas. 28/11/

108 Medição e Controle de Pressão Selo Para Manômetro Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, tóxicos, sujeitos à alta temperatura e/ou radioativos, a medição de pressão com manômetro tipo elástico se torna impraticável pois o Bourdon não é adequado para essa aplicação, seja em função dos efeitos da deformação proveniente da temperatura, seja pela dificuldade de escoamento de fluidos viscosos ou seja pelo ataque químico de fluidos corrosivos. Nesse caso, a solução é recorrer a utilização de algum tipo de isolação para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon. Existem basicamente dois tipos de isolação, (que tecnicamente é chamado de selagem), utilizada. Um com selagem líquida, utilizando um fluido líquido inerte em contato com o Bourdon e que não se mistura com o fluido do processo. 28/11/

109 Medição e Controle de Pressão Selo Para Manômetro 28/11/

110 Medição e Controle de Pressão Amortecedores De Pulsação Os amortecedores de pulsação tem por finalidade restringir a passagem do fluido do processo até um ponto ideal em que a freqüência de pulsação se torne nula ou quase nula. Esse acessório é instalado em conjunto com o manômetro com objetivo de estabilizar ou diminuir as oscilações do ponteiro em função do sinal pulsante. Esta estabilização do ponteiro possibilita a leitura da pressão e também aumenta a vida útil do instrumento. 28/11/

111 Medição e Controle de Pressão Sifões Os sifões são utilizados, além de selo, para isolar o calor das linhas de vapor d água ou líquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento de pressão. O líquido que fica retido na curva do tubo-sifão esfria e é essa porção de líquido que irá ter contato com o sensor elástico do instrumento, não permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo. 28/11/

112 Medição e Controle de Pressão Supressores de Pressão Esse acessório tem por finalidade proteger os manômetros de pressões que ultrapassem ocasionalmente, as condições normais de operação. Ele é recomendável nesses casos para evitar ruptura do elemento de pressão. Seu bloqueio está relacionado com a velocidade do incremento de pressão. Seu ponto de ajuste deve ser atingido de modo que com incremento lento de pressão seu bloqueio se dê entre 80 a 120% do valor da escala. Nesta condição, o bloqueio se dará em qualquer valor inferior a 80% no caso de incrementos rápidos de pressão. Para manômetros com escala inferior a 3 kgf/cm² seu bloqueio 28/11/

113 Medição e Controle de Pressão Transmissores Pneumáticos Esses transmissores, pioneiros na instrumentação, possui um elemento de transferência que converte o sinal detectado pelo elemento receptor de pressão em um sinal de transmissão pneumático. A faixa padrão de transmissão (pelo sistema internacional) é de 20 a 100 kpa, porém na prática são usados outros padrões equivalentes de transmissão tais como 3 ~ 15 psi, 0,2 a 1,0 kgf/cm2 e 0,2 a1,0 bar. 28/11/

114 Medição e Controle de Pressão Transmissores Eletrônicos Os instrumentos de transmissão de sinal de pressão tem a função de enviar informações à distância das condições atuais de processo dessa variável. Essas informações são enviadas, de forma padronizada, através de diversos tipos de sinais e utilizando sempre um dos elementos sensores já estudado anteriormente (fole, diafragma, capsula, etc...) associados a conversores cuja finalidade principal é transformar as variações de pressão detectadas pelos elementos sensores em sinais padrões de transmissão. Esses transmissores convertem o sinal de pressão detectado em sinal elétrico padronizado de 4 a 20 ma dc. Existem vários princípios físicos relacionados com a variações de pressão que podem ser utilizados como elemento de transferência. Os mais utilizados nos transmissores mais recentes são: CAPACITIVO, INDUTIVO, PIEZORESISITIVO e CÉLULA DE SILÍCIO RESSONANTE. 28/11/

115 Medição e Controle de Pressão Transmissores Eletrônico De Pressão Indutivo 28/11/

116 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Indutivo A pressão do processo, aplicada no elemento metálico elástico (fole), movimenta/deforma; este movimento é transmitido à barra de força ou alavanca transmissora por intermédio da lâmina de articulação. A barra de força ou alavanca transmissora é acoplada ao diafragma de selagem que também funciona como seu ponto de apoio (pivô). Esta força é transmitida ao disco de rearme, através da alavanca de deflexão, aproximando o disco de rearme do detector. Esta aproximação gera um aumento da indutância, com um conseqüente aumento no consumo de corrente e um aumento no sinal de saída do detector. Paralelamente à aproximação do disco de rearme, acontece o afastamento da bobina de realimentação do imã permanente; ao mesmo tempo, o sinal se saída do detector é amplificado e retificado na unidade amplificadora, resultando no sinal de saída do transmissor (4 a 20 macc). Este sinal também é aplicado na bobina de realimentação, aumentando a força para equilíbrio do sistema. 28/11/

117 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Indutivo 28/11/

118 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Piezoelétrico A medição de pressão utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristais assimétricos ao sofrerem uma deformação elástica ao longo do seu eixo axial, produzirem internamente um potencial elétrico causando um fluxo de carga elétrica em um circuito externo. A quantidade elétrica produzida é proporcional a pressão aplicada, sendo então essa relação linear o que facilita sua utilização. Outro fator importante para sua utilização está no fato de se utilizar o efeito piezoelétrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão. Cristais de turmalina, cerâmica Policristalina Sintética, quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizado na sua fabricação, porém o quartzo cultivado é o mais empregado por apresentar características ideais de elasticidade e linearidade. 28/11/

119 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Piezoresistivo. Este tipo de instrumento tem o funcionamento de seu transdutor baseado na variação de comprimento e diâmetro, e, portanto, na variação da resistência, que ocorre quando um fio de resistência sofre uma deformação elástica proveniente de uma tensão mecânica gerada por uma pressão. Neste tipo de instrumento, a pressão do processo atua no elemento mecânico elástico (diafragma) que se movimenta/deforma e, em conseqüência, movimenta a alavanca onde estão instalados os sensores strain gage, esticando-os ou comprimindo-os de acordo com a pressão do processo e a disposição que o fabricante tenha adotado para sua instalação. 28/11/

120 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Piezoresistivo. Os sensores strain gage podem ser colados diretamente na superfície do elemento elástico cuja deformação deve ser medida, ou podem ser instalados entre um quadro fixo e uma armadura que se moverá em função das variações de pressão e atuará deformando os sensores. O strain gage colado, além de apresentar grande estabilidade, é mais preciso e tem boa repetibilidade, por isto, esta é a forma mais utilizada Industrialmente. 28/11/

121 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Piezoresistivo. 28/11/

122 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Piezoresistivo. Os strain gage (extensômetros) fazem parte de uma ponte de Wheatstone, na qual se aplica uma tensão, de forma que a pequena corrente que circula pelas resistências ocasione uma queda de tensão e a ponte se equilibre para estas condições. Neste sistema, qualquer variação na pressão do processo moverá o diafragma metálico, que, por sua vez, variará a posição da alavanca e, em conseqüência, variará a resistência dos sensores strain gage, desequilibrando a ponte e fazendo variar o sinal de saída do instrumento (4 a 20 macc). Na ponte com dois braços ativos, o elemento sensor que funciona como medidor fica montado na parte deformada do dispositivo, enquanto o elemento utilizado para comparação fica montado na parte não deformada. Com este arranjo, obtém-se a compensação da expansão térmica dos suportes e da modificação da resistência dos elementos, em conseqüência da alteração de temperatura. 28/11/

123 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. Este tipo de instrumento tem seu funcionamento baseado na variação de capacitância que se introduz em um capacitor quando se desloca uma de suas placas em conseqüência de aplicação de pressão. Neste instrumento, a pressão de processo é transmitida através do movimento/deslocamento do elemento mecânico elástico (diafragma isolador), cujo interior é cheio de óleo ou silicone, para o diafragma sensor localizado no centro da célula. A pressão atmosférica de referência é transmitida da mesma maneira pelo segundo diafragma isolador para o outro lado do diafragma sensor. O deslocamento do diafragma sensor (o movimento máximo é da ordem de 0,004 polegada) é proporcional ao diferencial de pressão aplicado sobre ele e que, por sua vez, variará em função da pressão aplicada nos diafragmas isoladores. 28/11/

124 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. Aplicação De Trandutor Capacitivo Em Linha De Vácuo 28/11/

125 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. 28/11/

126 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. Medição De Pressão No Coletor De Vapor Medição De Pressão No Tubulão da Caldeira 28/11/

127 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. A principal característica dos sensores capacitivos é a completa eliminação dos sistemas de alavancas na transferência da força/deslocamento entre o processo e o sensor. Este tipo de sensor resume-se na deformação de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total, que é medida por um circuito eletrônico. Esta montagem, se por um lado elimina os problemas mecânicos das partes móveis, expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente à temperatura do processo. Esse inconveniente pode ser superado através de circuitos sensíveis à temperatura montados juntos ao sensor. Outra característica inerente à montagem é a falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras devido à deformação não linear, sendo necessário, portanto, uma compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico. O sensor é formado pelos seguintes componentes : Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido; Dielétrico formado pelo óleo de enchimento (silicone ou fluorlube); Armadura móvel (diafragma sensor). 28/11/

128 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. Uma diferença de pressão entre as câmaras de alta (High) e de baixa (Low) produz uma força no diafragma isolador, que é transmitida pelo líquido de enchimento. A força atinge a armadura flexível (diafragma sensor) provocando sua deformação alterando, portanto, o valor das capacitâncias formadas pelas armaduras fixas e a armadura móvel. Esta alteração é medida pelo circuito eletrônico que gera um sinal proporcional à variação de pressão aplicada à câmara da cápsula de pressão diferencial capacitiva 28/11/

129 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Capacitivo. 28/11/

130 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Silício Ressonante 28/11/

131 Medição e Controle de Pressão Transmissor Eletrônico De Pressão Tipo Silício Ressonante 28/11/

132 Medição e Controle de Pressão Pressostato É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave de duas posições (aberto ou fechado). Como elemento sensor, pode-se utilizar qualquer um dos tipos já estudado, sendo o mais utilizado nas diversas aplicações o diafragma. Como mecanismo de ajuste de set-point utiliza-se na maioria das aplicações uma mola com faixa de ajuste selecionada conforme pressão de trabalho e ajuste, e em oposição à pressão aplicada. O mecanismo de mudança de estado mais utilizado é o micro interruptor, podendo ser utilizado também ampola de vidro com mercúrio fechando ou abrindo o contato que pode ser do tipo normal aberto ou normal fechado. 28/11/

133 Medição e Controle de Pressão Pressostato Aplicação de Pressostatos em Linhas de Processo 28/11/

134 Válvulas de Controle 28/11/

135 Válvulas de Controle Tipos de Válvulas Os tipos de válvulas classificam-se em função dos respectivos tipos de corpos, e portanto, quando estivermos falando de tipos de válvulas deve-se subentender tipos de corpos. Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: Corpo; Atuador. 28/11/

136 Válvulas de Controle Funcionamento das Válvulas de Controle 28/11/

137 As Válvulas de Controle Válvulas de Controle 28/11/

138 Válvula de Controle em Corte Válvulas de Controle 28/11/

139 Válvulas de Controle 28/11/

140 Válvulas de Controle Atuador Pneumático de Diafragma 28/11/

141 Válvulas de Controle Atuador Pneumático de Diafragma (com controlador de pressão) 28/11/

142 Atuador Pneumático de Pistão Válvulas de Controle 28/11/

143 Válvulas de Controle Atuador Elétrico 28/11/

144 Válvulas de Controle Válvula de Deslocamento Linear Define-se por válvula de deslocamento linear, a válvula na qual a peça móvel vedante descreve, um movimento retilíneo, acionada por uma haste deslizante. Para cada tipo de processo ou fluído sempre temos pelo menos um tipo de válvula que satisfaça os requisitos técnicos de processo, independente da consideração econômica. Cada um desses tipos de válvulas possuem as suas vantagens, desvantagens e limitações que dependem do tipo de processo. 28/11/

145 Válvulas de Controle Válvula de Deslocamento Rotativo Entende-se por válvula de deslocamento rotativo, a válvula na qual a peça móvel vedante descreve, um movimento de rotação sobre seu eixo, por meio de um eixo de acionamento rotativo. Assim como as demais vávulas, estas possuem aplicação específica, e possuem as suas vantagens, desvantagens e limitações. 28/11/

146 Válvulas de Controle 28/11/

147 Válvulas de Controle Tipos de Válvulas 28/11/

148 Válvulas Globo (sede simples) Válvulas de Controle Uma válvula globo sede simples reversível o obturador é guiado na base, no topo e/ou em sua saia e sua montagem faz com que a válvula fecha ao descer a haste. A fig., a seguir mostra os mesmos componentes montados de tal forma que a válvula abra ao descer a haste. Este tipo de corpo é fabricado em tamanhos de 1/2 até 12 e em valores de pressão ASA de 600 PSI. Valores de pressão de 900 a PSI são fabricados em tamanhos menores. 28/11/

149 Válvulas de Controle 28/11/

150 Válvulas Globo Sede Dupla Válvulas de Controle Se as 2 sedes forem do mesmo diâmetro, as pressões que atuam no obturador serão equilibradas na posição fechada e teoricamente pouca força será requerida para abrir e fechar a válvula. Na realidade, os orifícios são construídos com 1/16 a 1/8 um maior que o outro, no diâmetro. Esta construção é chamada semi-balanceada e é usada para possibilitar que o obturador menor passe através do orifício maior na montagem. É fabricada normalmente em diâmetros de 3/4 a 14. Como desvantagem, apresentam um vazamento, quando totalmente fechadas de no máximo 0,5 % da sua máxima capacidade de vazão, conforme norma ANSI B a válvula tipo standard, possui um índice de vazamento Classe II. 28/11/

151 Válvulas Globo Tipo Gaiola Válvulas de Controle Válvula de concepção antiga onde possui seus internos substancialmente diferente da globo convencional. Seu sucesso está fundamentado nos seguintes aspectos: facilidade de remoção das partes internas, pela ausência de roscas o que facilita bastante a operação na própria instalação; capacidade vazão da ordem de 20 a 30% maior que a globo convencional; menor peso das partes internas, resultando assim um menor vibração horizontal conseqüentemente menor ruído de origem mecânica do que as válvulas globo duplamente guiadas; não possuindo flange inferior a válvula é algo mais leve que as globo convencionais. 28/11/

152 Válvulas de Controle Válvulas Globo Tipo Gaiola Sede Simples Por não possuir flange inferior, seu corpo não pode ser reversível, e assim a montagem dos seus internos é do tipo entra por cima. A drenagem do fluído quando necessária, pode ser realizada através da parte inferior do corpo, por meio de um tampão rosqueado. Neste tipo de válvula o fluído entra por baixo do anel da sede, passando pelo orifício e pelas janelas da gaiola, onde a força do fluído tende a abrir a válvula, não é balanceada e por isso apresenta o mesmo inconveniente de precisar de uma grande força de atuação. 28/11/

153 Válvulas de Controle Válvulas Globo Tipo Gaiola Angular Sede Simples Este tipo de válvula apresenta uma configuração especial, para determinadas aplicações nas quais haja necessidade de uma auto-drenagem do fluído, ou em aplicações com fluídos lamacentos ( slurries ), já que possibilita uma passagem menos obstruída que os outros tipos de válvula globo convencional ou gaiola. Recentemente tem-se recomendado a utilização deste tipo de válvula em aplicações erosivas, já que neste tipo de válvula o choque das partículas sólidas sobre as partes internas é muito diminuído, e em aplicações sob efeito de flashing (vaporização do líquido na válvula). 28/11/

154 Válvulas Tipo Diafragma Válvulas de Controle Este tipo de válvula, cuja configuração é totalmente diferente das outras válvulas de controle, é utilizada no controle de fluídos corrosivos, líquidos altamente viscosos e líquidos com sólidos em suspensão. A válvula de controle tipo diafragma consiste de um corpo em cuja parte central apresenta um encosto sobre o qual um diafragma móvel, preso entre o corpo e o castelo, se desloca para provocar o fechamento. Possui como vantagem um baixo custo, total estanqueidade quando fechada, já que o assento é composto, e facilidade de manutenção. Como desvantagem não apresenta uma boa característica de vazão para controle, além de uma alta e não uniforme força de atuação que faz com que praticamente este tipo de válvula seja limitado em diâmetros de até 6 para efeito de aplicação em controle modelado. Outra desvantagem é que devido ao material do seu obturador (diafragma de Neoprene ou Teflon ), a sua utilização é limitada pela temperatura do fluído em função do material do diafragma. 28/11/

155 Válvulas de Controle Válvulas Tipo Borboleta Válvula de deslocamento rotativo, corpo de duas vias de passagem reta, com internos de sede simples e elemento vedante constituídos por um disco ou lâmina de formato circular acionados por eixo de rotação axial. São muito usadas em tamanhos maiores que 3 e são fabricadas em tamanhos tão pequenos quanto 1. A válvula borboleta consiste de um corpo cilíndrico com um disco solidário a um eixo instalado perpendicularmente ao eixo do cilindro. O corpo cilíndrico pode ser flangeado em ambas as extremidades, ou fabricado na forma de um anel sólido. 28/11/

156 Válvulas de Controle Válvulas Tipo Esfera Devido ao seu sistema de assentamento, proporciona uma vedação estanque, constituindo-se numa das poucas válvulas de controle que além de possuir ótimas condições de desempenho de sua principal função, (isto é, prover uma adequada ação de controle modulado) permite, ainda uma total estanqueidade quando totalmente fechada. O corpo da válvula e do tipo bipartido (para possibilitar a montagem dos internos), sendo que a esfera gira em torno de dois anéis de Teflon (construção padrão) alojados no corpo e que fazem a função de sede. Possibilita a passagem do fluído em Qualquer direção sem problemas dinâmicos, e possui um curso total de 90º. 28/11/

157 Válvulas de Controle Válvulas Tipo Esfera 28/11/

158 Válvulas de Controle Válvulas Tipo Esfera 28/11/

159 Válvulas Tipo Excêntrico Rotativo Válvulas de Controle Possui corpo, com extremidade sem flanges, classe 600 lbs, sendo fabricada em diâmetros de 1 até 12. O curso do obturador é de 50º em movimento excêntrico da parte esférica do obturador. possibilitando uma redução do torque de atuação permitindo uma operação mais estável com o fluído entrando na válvula em qualquer sentido. Apresenta, quando totalmente fechada, um índice de vazamento de 0,01% da sua máxima capacidade de fluxo, sendo uma válvula de nível de vazamento Classe IV conforme a ANSI B /11/

160 Válvulas de Controle Válvulas de Controle Exemplos de aplicação 28/11/

161 Válvulas de Controle Válvulas de Controle Exemplos de aplicação 28/11/

162 Válvulas de Controle 28/11/