Pressão É a razão entre a força exercida sobre uma superfície e a área desta superfície. INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE Medidores de pressão Unidades SI P: pressão em N/m 2 = Pa = Pascal F: força normal (ortogonal) em Newtons= N A: área onde é exercida a força, em m 2 Professor Miguel Neto Unidades usuais de pressão Conversão de Unidades de Pressão Em geral são utilizados para medição de pressão, as unidades: Pa,N/m²,kgf/cm²,mmHg,mca,lbf/pol 2,Atme bar. Tipos de pressão Quanto a referência utilizada (zero na escala) Pressão atmosférica; Pressão manométrica; Pressão relativa negativa ou vácuo Pressão absoluta. Quanto a circulação de fluido Pressão diferencial; Pressão estática; Pressão dinâmica; Pressão total. Quanto a referência utilizada Pressão atmosférica É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre, que é medida em um barômetro. Pressão manométrica É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência. Pressão relativa negativa ou vácuo É quando um sistema de pressão relativa menor que a pressão atmosférica. Pressão absoluta É a soma da pressão atmosférica comamanométrica. (Pressãoabsoluta=Pa+Pm) 1
Diagrama Quanto à circulação do fluido Pressão diferencial É a diferença entre duas pressões desconhecidas. Pressão estática Pressão exercida por um fluido em repouso ou em regime estacionário (a velocidade nãovariacomotempo); Pressão dinâmica (inpacto) Pressão exercida por um fluido em movimento (bomba, ventilador, exaustor, compressor ou por gravidade). Pressão total - É a soma das pressões estática e dinâmica. Pressão estática, dinâmica e total Teorema de Stevin A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de cota entre os dois pontos. P2 - P1 = P = (h2 - h1).δ Onde: δ é o peso específico. Exemplo de aplicação Em um reservatório deseja-se determinar a diferença de pressão entre dois pontos. Sabese que h1=2 m, h2=6 m e que o fluido é a água.(massaespecíficadaágua=1g/cm 3 ). Princípio de Pascal A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática, se transmite integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais. Obs: O volume deslocado será o mesmo. 2
Exemplo de aplicação Na figura, os êmbolos A e B possuem áreas de 80 cm 2 e 20 cm 2, respectivamente. Despreze os pesos dos êmbolos e considere o sistema em equilíbrio. Sendo a massa do corpo colocadoemaiguala100kg,determine: a) amassadocorpocolocadoemb; b) qual será o deslocamento do corpo em A se deslocarmos o corpoemb20cmparabaixo. Técnicas de medição de pressão O instrumento mais simples para medir pressão é o manômetro. Os manômetros são classificados com base em princípios físicos utilizados para fazer a medição. Composição dos medidores de pressão Podem ser fabricados pela associação de três partes: Elemento de recepção/transdutor; Elemento de condicionamento; Elemento de indicação. Elemento de recepção Aquele que recebe a pressão a ser medida e a transforma em deslocamento ou força (ex: bourdon, fole, diafragma). Obs: Quando dessa associação for incorporado aos conversores, recebe o nome de transmissores de pressão. Elemento de condicionamento Aquele que amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção ou que transforma o mesmo em um sinal único de transmissão do tipo elétrica ou pneumática, que é enviada ao elemento de indicação (ex: amplificadores operacionais etc). Elemento de indicação Aquele que recebe o sinal do elemento de condicionamento e indica ou registra a pressão medida (ex: ponteiros, displays). 3
Principais tipos de medidores de pressão Manômetro - São dispositivos utilizados para indicação local de pressão e, em geral, estão divididos em: Tipos de manômetros Classificação dos manômetros com base nos elementos de recepção: Manômetro de líquido: utiliza um líquido como meio para se medir a pressão. Manômetro tipo elástico: utiliza a deformação de um elemento elástico como meio para se medir a pressão. Manômetros de líquido Funcionamento: é baseado na equação manométrica. Construção: é constituído por um tubo de vidro com área seccional uniforme, uma escala gradual e um líquido de enchimento. Líquido de enchimento: qualquer líquido com baixa viscosidade e não volátil. (os mais usados são: água destilada e mercúrio). Aplicação: maior aplicação em laboratório de calibração. Manômetros de líquido Elementos que influenciam na leitura do manômetro de líquido Formação do menisco Tipos de manômetros de liquido Manômetro tipo coluna em U Manômetro tipo coluna reta vertical Temperatura do ambiente: devido à dilatação volumétrica do líquido, alterando-se o peso específico. Manômetro tipo coluna inclinada 4
Manômetros tipo elástico Teoria da elasticidade: Baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidade dos materiais. Deformação elástica X plástica: trabalha sempre com deformações elásticas. Partes que podem compor os medidores: Elemento de recepção: detecta o sinal. indicador/amplificador de deformação do elemento de recepção através da conversão de deslocamento linear em ângulos utilizando dispositivos mecânicos. conversor da deformação do elemento de recepção em sinal elétrico ou pneumático. Funcionamento dos manômetros tipo elástico I. O elemento elástico sofre deformação proporcional à pressão detectada. II. Esta deformação provoca um deslocamento linear, que é convertido de forma proporcional, em deslocamento angular. III. Ao deslocamento angular é anexado um ponteiro, que percorre uma faixa linear, que representa a faixa de medição do aparelho. Classificação dos manômetros com base no elemento de recepção Manômetro tubo de Bourdon Consiste de um tubo em forma de C, espiral e helicoidal que tem uma de suas extremidades fechadaeaoutraabertaàpressãoasermedida. Parte interna de um manômetro de Bourdon Selagem do Bourdon Usado para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon, quando este fluido for corrosivo, viscoso, tóxico, estiver à alta temperatura e/ou radiotivos, ou seja, o objetivo é proteger o elemento elástico de ataque químico de fluidos corrosivos. Podeser: Com selagem líquida Com selagem líquida e com diafragma como selo 5
Selagem do tubo de Bourdon Manômetro tipo diafragma Consta de um disco plano (circular) ou corrugado composto por uma membrana fina de material elástico (metálico ou não), associada a uma mola que promoverá o equilíbrio entre as forças elásticas (da mola e do diafragma). Manômetro com diafragma Manômetro tipo fole É um dispositivo que possui ruga no círculo exterior que tem a possibilidade de expandir-se e contrair-se em função de pressões aplicadas no sentido do eixo. 6