Técnicas de Medição de Pressão

Técnicas de Medição de Pressão

(Parte 1 de 2)

Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO

Eng. Marcelo Saraiva Coelho

Como medir a pressão do vapor gerado por uma caldeira?

Eng. Marcelo Saraiva Coelho

Kgf/cm² lbf/pol² BAR Pol Hg Pol H2

O ATM mmHg mmH2 O kpa

lbf/pol² 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,06851,71 70329 6,895

Kgf/cm² 1 14,233 0,9807 28,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665 BAR 1,0197 14,504 1 29,53 401,6 0,98692 750,06 10200 100 Pol Hg 0,0345 0,4911 0,03386 1 13,599 0,0334 25,399 345,40 3,3863

Pol H2 O 0,002537 0,03609 0,00249 0,07348 1 0,002456 1,8665 25,399 0,24884

ATM 1,0332 14,696 1,0133 29,921 406,933 1 760,05 10335 101,325 mmHg 0,00135 0,019337 0,00133 0,03937 0,5354 0,001316 1 13,598 0,13332 mmH 2 O 0,09 0,00142 0,00098 0,00289 0,03937 0,00009 0,07353 1 0,0098

Kpa 0,010197 0,14504 0,01 0,29539 4,0158 0,009869 7,50062 101,998 1

H 2 O à 60ºF

Hg à 32ºF

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Éa pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre.Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.

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Importante: Ao se exprimir um valor de pressão manométrica podemos colocar após a unidade a letra “g”ou não, conforme mostra o exemplo:

3 Kgf/cm2 g = 3 Kgf/cm2

Éa pressão medida em relação àpressão atmosférica, tomada como unidade de referên cia.

Ela pode ser chamada de pressão relativa positiva ou pressão relativa negativa.

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Éa soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir do vácuo absoluto.

Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão érelativa ou absoluta.

Exemplo : z3 Kgf/cm2 ABS Pressão Absoluta z4 Kgf/cm2 Pressão Relativa

Équando um sistema tem pressão relativa menor que a pres são at mosfé rica.

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Éa diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo ∆P (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc.

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Manômetro tipo Coluna em “U”

O tubo em “U”éum 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

P1 -P2 = ρ*h

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Manômetro tipo Coluna Reta Vertical

O emprego deste manômetro é idêntico ao do tubo em “U”.

Nesse manômetro as áreas dos ramos da coluna são diferentes, sendo a pressão maior aplicada normalmente no lado da maior área.

P1 -P2 = ρ*h

P1 -P2 = ρ*h2 *(1 + a/A )

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Manômetro tipo Coluna Inclinada

Este Manômetro éutilizado para medir baixas pressões na ordem de 50 mmH2O. Sua construção é feita inclinando um tubo reto de pequeno diâmetro, de modo a medir com boa precisão pressões em função do deslocamento do líquido dentro do tubo.

A vantagem adicional éa de expandir a escala de leitura o que émuitas vezes conveniente para medições de pequenas pressões com boa precisão (± 0,02 mmH2O).

P1 -P2 = ρ*L *(a/A + senα)

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Manômetro Tubo Bourdon

O Tubo de Bourdonconsiste 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 àpressão a ser me dida.

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 étransmitido a um ponteiro que iráindicar uma medida de pressão em uma escala graduada.

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MANUTENÇÃO em Manômetro Tubo Bourdon

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Manômetro Tubo Bou rdon

Tubo de Bourdon Não apropriado para micropressão

~ 1000 kgf/cm2

Diafragma Baixa pressão ~ 3 kgf/cm2 Fole Baixa e média pressão ~ 10 kgf/cm2

Cápsula Micropressão ~ 300 mmH2 O

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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Fatores de Erro em Bourdon

Temperatura

As variações de temperatura ambiente são responsáveis pela variação na deflexão do tubo de bourdon. A maioria dos materiais tem seu módulo de elasticidade diminuído com a temperatura. O NI-SPAN é uma exceção pois possui módulo de elasticidade constante.

Existe, portanto há possibilidade de, para uma mesma pressão, o bourdon apresentar diferentes deflexões pela simples variação da temperatura ambiente. A correção deste erro é feita através de um bimetálico acoplado ao me ca nismo.

Pressão Atmosférica

O bourdon pode apresentar erro com a mudança da pressão atmosférica, principalmente quando ocorre a variação da temperatura ambiente.

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Manômetro Tubo Bou rdon

Manômetro, Manovacuômetroe Vacuômetro

Série Petroquímica com Contatos Elétricos Magnéticos e ou Indutivos Exx.

Aplicação, tomada de pressão e ou vácuo em linhas de ar, água, gases com necessidade de intretavamentoselétricos de bombas ou pontos de alarmes, etc., em locais com boa necessidade de precisão. Caixa em Aço Inox 316 com internos Aço Inox 316.

Classe de Precisão 1% do F.E. Conf. DIN 16005.

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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro Tubo Bourdon

Selo Sanitário -Tipo Diafragma Aplicação em indústria Alimentícia normalizado "A3" disponível com abraçadeira Tri-clamp, Porcas padrão SMS, IDF ou RJT

Selos Sanitário -Tipo Diafragma em Linha Aplicação em indústria Alimentícia e Química.

Instalação em linha, preso por abraçadeira Tri-clamp e/ou porcas padrão SMS, IDF ou RJT.

Selo especial não apresenta pontos de incrustação para materiais diversos e também não apresenta restrição na passagem dos produtos não apresentando perda de carga na linha.

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Manômetro e Vacuômetro Série Manômetro de teste

Aplicação, tomada de pressão e ou vácuo em bancada de aferição/calibração de elementos de pressão e ou vácuo com alta precisão utilizado como elemento padrão em calibrações.

Caixa em Aço Carbono com internos em liga de cobre .

Classe de Precisão 0,1% do F.E. Conf. DIN, ANSI ou ABNT. Fornecido com certificação de calibração rastreado

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Aplicação dos Manômetros Elásticos (Tubo de Bourdon) Para assegurar um longo período de trabalho é necessário observar os seguintes itens:

• Não ultrapassar 2 / 3 do valor máximo (quando a pressão medida for constante);

• Não ultrapassar 1 / 2 do valor máximo (quando a pressão medida for variável);

• O instrumento deve ser equipado com válvula de bloqueio de 3 (três) vias;

• Quando o elemento for submetido a pressões pulsantes, o mesmo deve ser protegido por um amortecedor de pulsação. Esse amortecedor pode ser uma válvula agulha, servindo também como bloqueio (possibilitando a retirada do instrumento sem parar o processo);

• O elemento não deve ser submetido a uma temperatura que não permita o toque da mão sobre a caixa do medidor, evitando desgaste prematuro do elemento e demais componentes do medidor, além de garantir a confiabilidade da calibração feita à temperatura ambiente. Para resolver este problema é utilizado um tubo sifão entre o medidor e o processo;

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Aplicação dos Manômetros Elásticos (Tubo de Bourdon)

• O elemento deve ser isolado de fluidos corrosivos, com sólidos em suspensão, ou com possibilidade de cristalização e solidificação. Para isolar o elemento destes tipos de processos é utilizado um selo;

• Quando o processo estiver sujeito a sobrecarga, deve-se proteger o elemento com um limitador de sobrecarga;

• Devem ser tomadas precauções especiais quando se trata de medição de petróleo e oxigênio.

Para a indústria de petróleo, o tubo de bourdon não deverá ser soldado com estanho. Para medidas com oxigênio, o elemento deve estar livre de óleo, graxas e outras gorduras, pois existe o risco de explosão. A calibração do instrumento pode ser feita com álcool, água ou óleo de silicone. É recomendável que seja gravado na escala do instrumento:

Petróleo e Oxigê nio

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Máquina para calibração de instrumentos de pressão

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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro Tubo Bourdon

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Bronz e

Al umibra s Aço Inox Bronze Fosforoso Cobre berílio Liga de Aço

Cu 60 ~ 71 e Zn Cu 76, Zn 2, Al12 Ni 10 ~ 14, Cr 16 ~ 18 e Fe Cu 92, Sn 8, P 0.03 Be 1 ~ 2, Co 0,35 e Cu Cr 0.9 ~ 1.2, Mo 0.15 ~ 30 e Fe

1.1 x 10 4

1.8 x 10 4

1.4 x 10 4

1.3 x 10 4

2.1 x 10 4

~ 50 kgf/cm2 ~ 50

~ 700 700 ~

CLASSE EXATIDÃO A4 0,10 % da faixa A3 0,25 % da faixa A2 0,50 % da faixa A1 1,0 % da faixa A 1,0 % na faixa de 25 a 75 % 2 % no restante da faixa B 2,0 % na faixa de 25 a 75 % 3 % no restante da faixa C 3,0 % na faixa de 25 a 75 % 4 % no restante da faixa D 4,0 % na faixa de 25 a 75 % 5 % no restante da faixa

Eng. Marcelo Saraiva Coelho

Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, tóxicos, sujeitos àalta temperatura e/ou radioativos, a medição de pressão com manômetro tipo elástico se torna impraticável pois o Bourdon não éadequado 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 érecorrer 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 échamado de selagem), utilizada. Um com selagem líquida, utilizando um fluido líquido inerte em contato com o Bourdone que não se mistura com o fluido do processo.

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Os amortecedores de pulsação tem por finalidade restringir a passagem do fluido do processo atéum ponto ideal em que a freqüência de pulsação se torne nula ou quase nula.

Esse acessório éinstalado 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 .

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 éessa porção de líquido que iráter contato com o sensor elástico do instrumento, não permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo.

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Esse acessório tem por finalidade proteger os manômetros de pressões que ultrapassem ocasionalmente, as condições normais de operação. Ele érecomendável nesses casos para evitar ruptura do elemento de pressão.

Seu bloqueio estárelacionado 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 daráem qualquer valor inferior a 80% no caso de incrementos rápidos de pressão.

Para manômetros com escala inferior a 3 kgf/cm2 seu bloqueio poderásituar-se em até130% do valor da escala

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Planilha do Microsoft Excel

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Manômetro tipo Fole

Fole éum dispositivo que possui ruga no círculo exterior e que tem a possibilidade de expandir-se e contrair-se em função de pressões aplicadas no sentido do eixo. Como a resistência àpressão é limitada, éusada para baixa pressão

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Manômetro tipo Diafragma

Diafragma éum disco circular utilizado para medir pressões, geralmente de pequena amplitude , bem como, para separar o fluido medido do mecanismo interno. Éuma membrana fina de material elástico, metálico ou não. No manômetro tipo diafragma esta membrana fica sempre oposta a uma mola. Ao aplicar-se uma pressão no diafragma haveráum deslocamento do mesmo atéum ponto onde a força da mola se equilibrarácom a força elástica do diafragma. Este deslocamento resultante étransmitido a um sistema com indicação (ponteiro) que mostra a medição efetuada

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Esses transmissores, pioneiros na instrumentação, possui um elemento de transferenciaque converte o sinal detectado pelo elemento receptor de pressão em um sinal de transmissão pneumático. A faixa padrão de transmissão (pelo sistema internacional)éde 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/cm 2 e 0,2 a1,0 bar.

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Os instrumentos de transmissão de sinal de pressão tem a função de enviar informações àdistância 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 jáestudado anteriormente (fole, diafragma, capsula, etc...) associados a conversores cuja finalidade principal étransformar 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

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A pressão do processo, aplicada no elemento metálico elástico (fole), movimenta/deformao; este movimento étransmitido àbarra de força ou alavanca transmissora por intermédio da lâmina de articulação. A barra de força ou alavanca transmissora éaclopada ao diafragma de selagem que também funciona como seu ponto de apoio (pivô). Esta força étransmitida 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 éamplificado e retificado na unidade amplificadora, resultando no sinal de saída do transmissor (4 a 20 mAcc). Este sinal também éaplicado na bobina de realimentação, aumentando a força para equilíbrio do sistema.

Esta força age sobre o braço de rearme, em sentido contrário àvariação do sinal anterior, afastando o disco de rearme do detector; deste modo, o sistema atinge um novo equilíbrio, com o sinal de saída do transmissor ficando proporcional ao valor da pressão medida naquele momento. O sinal de saída do instrumento étransmitido para um receptor eletrônico de faixa compatível, seja para fins de indicação, registro ou co ntrole.

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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 éproporcional a pressão aplicada, sendo então essa relação linear o que facilita sua utilização. Outro fator importante para sua utilização estáno fato de se utilizar o efeito piezoelétricode semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão.

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