II INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL. Prof. Eduardo Calsan Tecnologia em Polímeros

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1 II INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Prof. Eduardo Calsan Tecnologia em Polímeros

2 Introdução: Define-se pressão como sendo a força exercida por um fluido sobre uma determinada área. P = F/A Ao nível do mar, verifica-se experimentalmente que a pressão exercida pelo ar tem a capacidade de equilibrar uma coluna de mercúrio de 760mm de altura, a 0 C e a uma aceleração da gravidade de 9,806665m/seg². Ou seja, a pressão que o ar exerce num determinado corpo depende da altitude do local. Onde o ar é mais rarefeito, em grandes altitudes, a pressão do ar é menor do que ao nível do mar. Em São Paulo, por exemplo, a pressão que o ar exerce sobre os corpos é de, aproximadamente, 700mm de mercúrio. 2

3 Como chegou-se às definições apresentadas? Torricelli, em 1.643, explica. Consiste de um tubo de vidro com quase 1 m de comprimento, fechado numa extremidade e aberto noutra, e preenchido com mercúrio (Hg). A extremidade aberta do tubo é invertida num pequeno recipiente aberto com mercúrio. A coluna de mercúrio desce para dentro do recipiente até que o peso da coluna de mercúrio iguale o peso de uma coluna de ar de igual diâmetro, que se estende da superfície até o topo da atmosfera. O comprimento da coluna de mercúrio, portanto, torna-se uma medida da pressão atmosférica. A pressão atmosférica média no nível do mar mede 760 mm Hg. 3

4 As várias pressões... Pressão relativa Pressão atmosférica Vácuo Vácuo absoluto Pressão absoluta pressão relativa: pressão medida tendo como referência a pressão atmosférica. Também chamada de pressão manométrica. É relativa porque seu valor tem relação à pressão atmosférica; vácuo: pressão medida, a partir da atmosférica, para baixo. Cuidado! Não é pressão negativa muito menos ausência de algo... pressão absoluta: pressão que realmente age num determinado ponto do fluido e é dada pela soma da relativa com a atmosférica. 4

5 pressão diferencial: diferença entre duas pressões, utilizada para a medida de perda de carga; pressão estática: é a pressão relativa que realmente atua num ponto do processo e a mesma em todos os pontos de uma secção de tubulação; pressão dinâmica: é a pressão devido à energia cinética adquirida pelas partículas do fluido; relações: 1. pressão relativa + pressão atmosférica = pressão absoluta; 2. pressão absoluta + vácuo = pressão atmosférica. 5

6 Unidades de medida - Sistema CGS: dina/cm²; - Sistema Internacional: Newton/m²; - Sistema MKS: kgf/cm²; - Países de língua inglesa: psi (pound/square inch); - Outras unidades: cm Hg (centímetros de mercúrio), Torricelli (milímetros de mercúrio), Hg (polegadas de mercúrio), cm H 2 O (centímetros de água), H 2 O (polegadas de água), atm (atmosfera), bar; - Conversão: uso de tabela. OBS.: tanto o mercúrio quanto a água possuem densidades diferentes de acordo com a temperatura. 6

7 Por que se mede pressão? 7

8 Dispositivos para medida de pressão Célula de carga Estrutura mecânica que recebe um esforço, deforma-se dentro de uma faixa estabelecida e gera uma saída proporcional em resistência elétrica (extensômetro = strain gage). 2ª Lei de Ohm: R =ρ(l/a) Ponte de Wheatstone 8

9 Vantagens: precisão, baixo custo, excelente resposta dinâmica, facilidade de instalação, robustez (água e atmosfera corrosiva), possibilidade de se efetuar medidas a distância. Fabricação: ligas metálicas (constantan = níquel + cobre) ou nicromo (níquel + cromo), com resistências padronizadas de 60, 120, 240, 350, 500 ou 1000Ω. Utilização: balanças, pesagem de silos e tanques, dosagem. 9

10 Transdutor de pressão piezoelétrico Elemento sensor de pressão cuja característica de medida baseia-se na propriedade piezoelétrica do cristal de quartzo. Quando deformado tem como resposta uma diferença de potencial elétrico em seus terminais. A força é aplicada em um eletrodo metálico (invólucro), transmitida até o cristal de quartzo. Os cristais do elemento químico interagem entre si e com a força, resultando numa diferença de potencial. 10

11 Utilização: testes e monitoramento de unidades acústicas, hidráulicas, pneumáticas, máquinas, carros, aviões, navios, motores de foguetes, locomotivas, geradores. Vantagem: extremamente preciso. Desvantagem: preço devido ao cristal de quartzo para esta finalidade. 11

12 Tubo de Bourdon Elemento sensor de pressão que consiste em informar a pressão de um fluido em deslocamento através de um sinal elétrico proporcional ou através de um deslocamento de ponteiro. Elemento sensível é um tubo metálico, em forma de C, espiral ou helicoidal. Quando a pressão é aplicada, a secção tende a aumentar, aproximando-se mais de uma forma circular, deformando o elemento, cujo movimento é transmitido a um ponteiro ou a outro dispositivo para a transformação em sinal elétrico. 12

13 Construção: confeccionados em ligas de cobre e níquel por terem baixos coeficientes de dilatação pelo calor. Também pode ser feito em aço inoxidável. Materiais: tombak, latão, bronze Vantagens: amplitude, resposta mais rápida, isenção de faixa morta, precisão. Utilização: em toda transformação de pressão em indicação. 13

14 Tubo em U Elemento primário usado para medir diferença entre pressões (aplicando pressões diferentes em cada ramo), pressão relativa (deixando um ramo aberto para a atmosfera), vácuo e pressão absoluta. 14

15 Manômetro de reservatório Elemento primário usado para medir pressão. Nesse tipo de manômetro uma das colunas é substituída por um reservatório. Quando não há pressão, o líquido da cuba e da coluna encontram-se em repouso. Aplicando-se uma pressão, o líquido sobe na coluna e desce na cuba, assumindo uma posição final. 15

16 Manômetro de Bourdon É o elemento mais encontrado nas indústrias. 16

17 Manômetro de fole É o elemento cuja pressão exercida pelo fluido atua sobre um fole. Essa pressão opõe-se a força exercida por uma mola, provocando um deslocamento proporcional do ponteiro. 17

18 Acessórios - pressões sujeitas à oscilações bruscas (descarga de bombas e compressores); - fluidos viscosos que podem entupir as tubulações; - fluidos a alta temperatura que podem danificar o material do elemento de medição; - fluidos corrosivos com possibilidade de atacar o elemento de medição; - fluidos sanitários que podem alojar-se em cavidades, possibilitando a cultura de bactérias e contaminação do material. 18

19 Selo de diafragma = isola o fluido do manômetro Válvula agulha = amortece a pressão exercida no manômetro Pigtail (sifão) = proteção contra altas temperaturas 19

20 Referências: 1- COSTA, Augusto Diniz da. Instrumentação. Vol. 1. São Bernardo do Campo: Editora da ETE Lauro Gomes, Cursos Piping. Instrumentação Elétrica e Pneumática. Santo André, THOMAZINE, Daniel & ALBUQUERQUE, Pedro Urbano Braga de. Sensores industriais. Fundamentos e aplicações. 7. ed.. São Paulo: Editora Érica, acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/11. 20

21 Referências: 9- acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ b65a4b425b&id=92, acessado em 03/04/11. 21

22 Referências: acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ acessado em 03/04/ Fotos: Técnico Felipe Manhas. 22