CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SÃO PAULO CEFET-SP. Instrumentação Industrial - ITI Medição de Pressão. Força por unidade de área F A.

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1 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SÃO PAULO CEFET-SP Instrumentação Industrial - ITI Medição de Pressão Definição - I Força por unidade de área p = Força (F) grandeza vetorial Área (A) grandeza escalar F A Pressão (p) grandeza escalar (não apresenta direção nem sentido) 1

2 Definição - II É a variável mais comumente medida em plantas de processo A pressão reflete entre outras, a força motriz para a transferência dos fluidos, a sua eventual mudança de fase Também utilizada para medir a vazão de fluidos Definição - III Pressão É exercida igualmente, num fluido estático, em todas as direções Denominada "pressão estática" Num fluido em movimento, a pressão estática é exercida em qualquer plano paralelo à direção do fluxo a pressão em planos normais ao fluxo é maior que a pressão estática, sendo proporcional à energia cinética do fluido 2

3 Pressão num Fluido Medição de pressão estática num fluido em movimento A superfície onde a medição é feita deve estar paralela à direção do fluxo isso garante que não haverá influência da energia cinética convertida em energia de pressão Numa tubulação, a tomada de pressão deve ser perpendicular à direção radial Unidades de Medida de Pressão I Sistema Internacional: pascal símbolo: Pa equivalência: 1 Pa = 1 N/m 2 MK*S: kgf/m 2 equivalência: 1 kgf/m 2 = 9,80665 Pa Sistema inglês: lbf/in 2 (psi) equivalência: 1 psi = 6894, Pa 3

4 Unidades de Medida de Pressão II Outras unidades usuais 1 bar = 10 5 Pa 1 atm = 760 mmhg (a 0 o C) = Pa 1 torr = 133, Pa 1 mmhg (a 0 o C) = 133, Pa 1 inhg (a 0 o C) = 3386, Pa 1 mmh 2 O = 9,80665 Pa Medição de Pressão Pressão absoluta, diferencial e manométrica Absoluta: diferença entre a pressão em um ponto de um fluido e o vácuo absoluto (pressão nula) exemplo: barômetro Diferencial: diferença de pressão entre dois pontos do fluido Manométrica: diferença de pressão do fluido e a atmosférica com a maioria dos instrumentos de medição de pressão, mede-se a pressão manométrica 4

5 Instrumentos Genericamente denominados manômetros Diversos tipos, modelos e princípios de funcionamento Materiais dos sensores dependem do tipo de fluido algumas aplicações exigem isolamento entre o fluido e o sensor Métodos de Medição de Pressão I Balanceamento de coluna de líquido exemplo: tubo em "U" utilização: laboratorial processo exatidão: melhor que 1% do fundo de escala 5

6 Balanceamento de coluna de líquido Método mais tradicional Utiliza tubo em forma de "U" em que se deposita uma quantidade de líquido com densidade conhecida Vantagem: sistema absoluto que independe de calibração (a não ser das escalas) Desvantagens: o comprimento do tubo pode tornar proibitiva sua aplicação a transmissão do sinal não é trivial Balanceamento de coluna de líquido Equação envolvida (exemplo) P 1 P 2 Pressão em A = Pressão em B ρ 1 ( h1 h) ρ1 + h ρ 2 h + 1 ρ1 + P1 = P A C h 1 h B P ( h1 h) ρ1 + h ρ h1 1 1 P2 = ρ P ( ρ ) 1 P2 = h ρ1 ρ 6

7 Balanceamento de coluna de líquido Exemplos de medição de pressão Métodos de Medição de Pressão II Balanceamento da resultante de uma força sobre uma área conhecida exemplo: balança de peso morto utilização: calibração exatidão: melhor que 0,1% do fundo de escala a ser calibrada 7

8 Balanceamento de Força Mede a pressão desconhecida através da força gerada quando atua numa área conhecida Os pesos são girados enquanto se faz a medição (minimizando o efeito do atrito entre o óleo e o pistão) Balanceamento de Força Equação envolvida P A = M g onde: P pressão a ser gerada, [Pa] A área do pistão, [m 2 ] M massa suportada pelo pistão, [kg] g aceleração da gravidade, [m/s 2 ] obs.: atrito desprezado 8

9 Métodos de Medição de Pressão III Balanceamento da deformação de um elemento elástico exemplos: manômetro de bourdon diafragma utilização: maioria dos medidores de pressão exatidão: melhor que desde 0,5 até 2% do fundo de escala Balanceamento da Deformação tubo com formato oval (deformado mecanicamente) selado numa extremidade lado livre fixado a mecanismo, que converte a deformação no movimento circular do ponteiro bourdon tem o formato helicoidal e espiralado rosca da conexão: NPT ou BSP 9

10 Balanceamento da Deformação Equação envolvida em que: F A = E ε F força, [N] E módulo de elasticidade, [Pa] ε deformação, [m/m] A área da seção resistente, [m 2 ] Manômetro Bourdon - I Materiais do bourdon variam com o tipo de fluido aço inoxidável bronze ligas cobre-berílio monel Fontes de erro histerese do tubo variação da temperatura (e a variação de E) atrito 10

11 Manômetro Bourdon - II Podem ser acoplados a dispositivos eletromecânicos - exemplo Modelos de Manômetros de Bourdon Manômetro comum Manômetro comum com amortecimento Manômetro "petroquímico" 11

12 Balanceamento da Deformação Manômetro de fole (ou diafragma) um fole transmite a pressão ao bourdon as propriedades elásticas do diafragma metálico também influem na faixa e a exatidão do instrumento diafragma em aço inoxidável Balanceamento da Deformação Manômetro de fole, diferencial - exemplo 12

13 Balanceamento da Deformação Solidário ao fole, acopla-se strain gages (medida de deformação) o transdutor transforma energia de deformação em energia elétrica Equações envolvidas Métodos de Medição de Pressão IV Métodos indiretos sensor piezelétrico sensor de piezoresistivo strain gage 13

14 Sensor Piezelétrico - I Aproveita o efeito piezelétrico dos cristais (normalmente quartzo SiO 2 ) corte transversal corte longitudinal Sensor Piezelétrico - II Vantagens alta estabilidade boa estabilidade à temperatura boa linearidade baixa histerese Desvantagens necessita de amplificadores de sinal não se presta a medições estáticas 14

15 Sensor piezoresistivo Aproveita o efeito da variação da resistividade quando submetidos a cargas mecânicas 15