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

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1 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, ,33 29, PSI (lbf/in²) 0, , , ,71 0, , ,8 Kgf/cm² 0, , ,98 735, , ,5 Bar 0, ,5 1, ,061 10,195 29, mmhg ,0136 0, ,3224 mh2o 0, , ,1 0, , , ,1176 in. Hg 0, , , ,4 0, ,5 Pascal (Pa) 0, , ,01972E-05 0, , , , * Torr: Torricelli 2.2. DEFINIÇÕES DE PRESSÃO Pressão a ser medida Pressão absoluta Pressão manométrica Pressão atmosférica ou pressão relativa Vácuo Pressão zero 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.

2 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. onde Pd = 1 2. ρ. V Pd = 1. γ. V 2g Pd: pressão dinâmica [N/m 2 ] : massa especif. fluido [kg/m 2 ] V: velocidade do fluido [m/s] g: aceleração da gravidade [m/s 2 ] : peso especif. fluido [kgf/m 3 ] 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

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) ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DIRETA DE PRESSÃO MANÔMETROS DE TUBO EM U =.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 ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO DIAFRAGMA - METÁLICO Adequado para pequenas variações de pressão Figura 2.7 Apostila: Instrumentação e Controle Prof. Fernando Porto Curso Eng. Produção - UNITAU

4 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.

5 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

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

7 1-7 FAIXAS DE APLICAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE PRESSÃO Precisão de 0,5 a 1,0% da escala Faixa de utilização (kgf/cm 2 ): Bourdon C : 1 a 2000 Espiral e tubo: 14 a 6000 Helicoidal: até 300 Fole (belows): 0,07 a 2 Figura 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

8 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

9 CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE PRESSÃO Ver livro texto Instrumentação Industrial, Egídio Alberto Bega, 3ª Edição, Ed. Interciência, IBP 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/m 3 ) 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/cm 2. Obter h.

10 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/cm 2 e que a pressão em S ( PS ) é igual a 0,8 kgf/cm 2. Calcular s..