-0-
MEDIÇÃO
DE
-1-
SUMÁRIO
1 - PRESSÃO 2
2.1 - MEDIÇÃO DE PRESSÃO 2
2.2 - PRESSÃO ATMOSFÉRICA 2
2.3 - PRESSÃO RELATIVA POSITIVA OU MANOMÉTRICA 2
2.4 - PRESSÃO ABSOLUTA 2
2.5 - PRESSÃO RELATIVA NEGATIVA OU VÁCUO 2
2.6 - DIAGRAMA COMPARATIVO DAS ESCALAS 3
2.7 - PRESSÃO DIFERENCIAL 3
2.8 - PRESSÃO ESTÁTICA 3
2.9 - PRESSÃO DINÂMICA 3
2.10 - PRESSÃO TOTAL 3
2.11- UNIDADES DE PRESSÃO 3
2.12 - DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO 4
2.12.1 - TUBO DE BOURDON 4
2.12.2 - MEMBRANA OU DIAFRAGMA 4
2.12.3 – FOLE 5
2.12.4 - COLUNA DE LÍQUIDO 5
2.12.5 – SENSOR TIPO PIEZOELÉTRICO 7
2.12.6 – SENSOR TIPO STRAIN GAUGE OU PIEZORESISTIVO 8
2.12.7 – SENSOR TIPO CAPACITIVO 10
2.12.8 - SENSOR PÔR SILÍCIO RESSONANTE 11
EXERCÍCIOS 16
-2- 1 - PRESSÃO
2.1 - MEDIÇÃO DE PRESSÃO
Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as medidas de vazão, nível, etc. podem ser feitas utilizando-se esse princípio.
Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área.
P = F onde: P = Pressão
A F = Força A = Área
2.2 - PRESSÃO ATMOSFÉRICA
É a pressão exercida pela atmosfera terrestre medida em um barômetro. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.
2.3 - PRESSÃO RELATIVA POSITIVA OU MANOMÉTRICA
É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.
2.4 - PRESSÃO ABSOLUTA
É a 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 é relativa ou absoluta.
Exemplo : 3 Kgf/cm2 ABS Pressão Absoluta 4 Kgf/cm2 Pressão Relativa
O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos medem pressão relativa.
2.5 - PRESSÃO RELATIVA NEGATIVA OU VÁCUO
-3- 2.6 - DIAGRAMA COMPARATIVO DAS ESCALAS
Pressão Absoluta Pressão Manométrica Pressão Atmosférica Vácuo Vácuo Absoluto
2.7 - PRESSÃO DIFERENCIAL
É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo ∆P (delta P). Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc.
2.8 - PRESSÃO ESTÁTICA
É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso.
2.9 - PRESSÃO DINÂMICA
É a pressão exercida pôr um fluído em movimento paralelo à sua corrente.
2.10 - PRESSÃO TOTAL
É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento.
2.11- UNIDADES DE PRESSÃO
Como existem muitas unidades de Pressão é necessário saber a correspondência entre elas, pois nem sempre na indústria temos instrumentos padrões com todas as unidades e para isto é necessário saber fazer a conversão .
Exemplo:
10 psi = ______?______ Kgf/cm2
-4- 2.12 - DISPOSITIVOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
O instrumento mais simples para se medir pressão é o manômetro, que pode ter vários elementos sensíveis e que podem ser utilizados também pôr transmissores e controladores. Vamos então ao estudo de alguns tipos de elementos sensíveis.
2.12.1 - Tubo de Bourdon
Consiste geralmente de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência tendo uma extremidade fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida. 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 da engrenagem é transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.
Quanto à forma, o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintes formas: tipo C, espiral e helicoidal.
Tipos de Tubos “ Bourdon ”
a) Tipo C b) Tipo Espiral C) Tipo Helicoidal
2.12.2 - Membrana ou Diafragma
É constituído pôr um disco de material elástico (metálico ou não), fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação.
-5- O diagrama geralmente é ondulado ou corrugado para aumentar sua área efetiva.
2.12.3 – Fole
O fole é também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado.
Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão, e como ela tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada à parte interna.
2.12.4 - Coluna de Líquido
Consiste, basicamente, num tubo de vidro, contendo certa quantidade de líquido, fixado a uma base com uma escala graduada.
As colunas podem ser basicamente de três tipos: coluna reta vertical, reta inclinada e em forma de “U”.
Os líquidos mais utilizados nas colunas são: água (normalmente com um corante ) e mercúrio.
-6- Sendo a fórmula : P1 – P2 = h . dr
Manômetro de tubo em “U”
Manômetro de Coluna Reta Vertical
-7- Neste tipo de medidor a tensão superficial dos líqüidos é evidente, ou seja, neste tipo de medidor devido a força de coesão e adesão entre as moléculas do vidro do líqüido, aparece o que chamamos de menisco. Em tubos de pequenos diâmetros a superfície do líqüido deverá ser uma curva. No caso de líqüidos como a água e o álcool, a qual tem uma tensão superficial baixa, a superfície será côncava. No caso do mercúrio, a qual tem uma tensão superficial alta, o menisco será convexo. Para evitar o erro de paralaxe quando fizermos a leitura de pressão, esta deve ser feita na direção horizontal no ápice do menisco, como mostra a figura a seguir.
2.12.5 – Sensor tipo Piezoelétrico
Os elementos piezoelétricos são cristais, como o quartzo , a turmalina e o titanato que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina, quando sofrem uma deformação física, pôr ação de uma pressão. São elementos pequenos e de construção robusta. Seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão, são capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências de milhões de ciclos pôr segundo.
O efeito piezoelétrico é um fenômeno reversível . Se for conectado a um potencial elétrico, resultará em uma correspondente alteração da forma cristalina . Este efeito é altamente estável e exato, pôr isso é utilizado em relógios de precisão .
-8- 2.12.6 – Sensor tipo Strain Gauge ou Piezoresistivo
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se as suas dimensões.
Para variarmos a resistência de um condutor devemos analisar a equação geral da resistência :
R = ρ . L S Onde:
R : Resistência do condutor
ρ : Resistividade do material L : Comprimento do condutor S : Área da seção transversal
A equação nos explica que a resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional a resistividade e ao comprimento e inversamente proporcional a área da seção transversal .
A maneira mais prática de alterarmos as dimensões de um condutor é tracionarmos o mesmo no sentido axial como mostrado a seguir :
Seguindo esta linha de raciocínio , concluímos que para um comprimento L obtivemos ∆L , então para um comprimento 10 x L teríamos 10 x ∆L , ou seja , quanto maior o comprimento do fio , maior será a variação da resistência obtida e maior a sensibilidade do sensor para uma mesma pressão ( força ) aplicada .
O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base , dobrando-se tão compacto quanto possível .
Esta montagem denomina-se tira extensiométrica como vemos na figura a seguir :
Observa-se que o fio , apesar de solidamente ligado a lâmina de base , precisa estar eletricamente isolado da mesma .
-9- Da física tradicional sabemos que um material ao sofrer uma flexão , suas fibras internas serão submetidas à dois tipos de deformação : tração e compressão .
As fibras mais externas sofrem um alongamento com a tração pois pertencem ao perímetro de maior raio de curvatura , enquanto as fibras internas sofrem uma redução de comprimento ( menor raio de curvatura ) .
Como o fio solidário à lâmina , também sofrerá o alongamento , acompanhando a superfície externa , variando a resistência total .
Visando aumentar a sensibilidade do sensor , usaremos um circuito sensível a variação de resistência e uma configuração conforme esquema a seguir :
-10- tem a vantagem adicional de compensar as variações de temperatura ambiente , pois todos os elementos estão montados em um único bloco .
Transmissor de Pressão
2.12.7 – Sensor tipo Capacitivo
A principal característica dos sensores capacitivos é a completa eliminação dos sistemas de alavancas na transferência da força / deslocamento entre o processo e o sensor .
Este tipo de sensor resume-se na deformação , diretamente pelo processo de uma das armaduras do capacitor . Tal deformação altera o valor da capacitância total que é medida pôr um circuito eletrônico .
Esta montagem , se pôr um lado , elimina os problemas mecânicos das partes móveis , expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo , principalmente a temperatura do processo . Este inconveniente pode ser superado através de circuitos sensíveis a temperatura montados juntos ao sensor .
-11- Célula Capacitiva
Transmissor de Pressão Diferencial
O sensor é formado pêlos seguintes componentes :
•Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido
•Dielétrico formado pelo óleo de enchimento ( silicone ou fluorube )
•Armadura móvel ( Diafragma sensor )
Uma diferença de pressão entre as câmaras de alta (High) e de baixa (Low) produz uma força no diafragma isolador que é transmitida pelo líquido de enchimento .
A força atinge a armadura flexível ( diafragma sensor ) provocando sua deformação , alterando portanto , o valor das capacitâncias formadas pelas armaduras fixas e a armadura móvel . Esta alteração é medida pelo circuito eletrônico que gera um sinal proporcional à variação de pressão aplicada à câmara da cápsula de pressão diferencial capacitiva .
-12- O sensor consiste de uma cápsula de silício colocada estrategicamente em um diafragma , utilizando do diferencial de pressão para vibrar em maior ou menor intensidade, afim de que essa freqüência seja proporcional a pressão aplicada.
Na seqüência será exibido maiores detalhes sobre esse tipo de célula, sua construção e seu funcionamento.
2.12.8.1 - Construção do sensor
Todo o conjunto pode ser visto através da figura anterior, porém, para uma melhor compreensão de funcionamento deste transmissor de pressão, faz-se necessário desmembrá-lo em algumas partes vitais.
-13- Dois fatores que irão influenciar na ressonância do sensor de silício são: o campo magnético gerado pôr um imã permanente posicionado sobre o sensor; o segundo será o campo elétrico gerado pôr uma corrente em AC (além das pressões exercidas sobre o sensor, obviamente).
Este enfoque pode ser observado na figura abaixo.
Portanto, a combinação do fator campo magnético/campo elétrico é responsável pela vibração do sensor .
Um dos sensores ficará localizado ao centro do diafragma (FC), enquanto que o outro terá a sua disposição física mais à borda do diafragma (FR) .
Pôr estarem localizadas em locais diferente, porém, no mesmo encapsulamento, uma sofrerá uma compressão e a outra sofrerá uma tração conforme a aplicação de pressão sentida pelo diafragma.
-14- diferença de freqüência será proporcional ao ∆P aplicado. Na figura a seguir é exibido o circuito eletrônico equivalente.
-16- EXERCÍCIOS
1 - Defina o que é pressão ?
2 - Defina o que é pressão atmosférica ?
3 - Defina o que é pressão relativa ?
4 - Defina o que é pressão absoluta ?
5 - Defina o que é vácuo ?
6 - Defina o que é pressão diferencial ?
7 - Defina o que é pressão estática ?
8 - Defina o que é pressão dinâmica ?
9 - Defina o que é pressão total ?
10 - Exercícios de conversão de unidades de pressão:
a) 20 psi = ______________ kgf/cm2
b) 200 mmH20 = ______________ mmHg
-17- d) 735,5 mmHg = ______________ psi
e) 14,22 psi = _______________ mmH20
f) 2,5 kgf/cm2 = _______________ mmHg
g) 10 kgf/cm2 = _______________ mmHg
11 - Determine o valor das seguintes pressões na escala absoluta:
a) 1180 mmHg = ________________psia
b) 1250 kPa = ________________psia
c) 22 psig = ________________psia
d) - 450 mmHg = ________________psia
e) 1,5 kgf/cm2 = ________________psia
f) - 700 mmHg = ________________psia
12 - Determine o valor das pressões na escala relativa em mmHg:
a) 1390 mmHg (Abs.) = ____________________ mmHg
b) 28 psia = ____________________ mmHg
c) 32 mBar ( Abs. ) = ____________________ mmHg
d) 12 psia = ____________________ mmHg
e) 0,9 kgf/cm2 (Abs.) = ____________________ mmHg
-18- 14 - Defina o tubo de Bourdon.
15 - Cite 3 tipos de Bourdon.
16 - Como é constituído o diafragma?
17 - Como é constituído o fole?
18- Como funciona o fole?
19 - Cite 3 tipos de coluna líquida.
20 – Como deve ser feita a leitura de pressão nas colunas líquidas quando aparece o menisco ?
21 – Como é a resposta do sensor tipo piezoelétrico ?
22 - Defina o sensor tipo Strain Gauge.
-20- TABELA DE CONVERSÕES - UNIDADES DE PRESSÃO
psi kPa
Polegadas
H2O mmH2O
Polegadas
Hg mmHg Bar m Bar kgf/cm2 gf/cm2
psi 1 6,8947 27,7620 705,1500 2,0360 51,7150 0,0689 68,9470 0,0703 70,3070
kPa 0,1450 1 4,0266 102,2742 0,2953 7,5007 0,0100 10,0000 0,0102 10,1972
Polegadas
H2O 0,0361 0,2483 1 25,4210 0,0734 1,8650 0,0025 2,4864 0,0025 2,5355
mmH2O 0,0014 0,0098 0,0394 1 0,0028 0,0734 0,0001 0,0979 0,0001 0,0982
Polegadas
Hg 0,4912 3,3867 13,6200 345,9400 1 25,4000 0,0339 33,864 0,0345 34,532
mmHg 0,0193 0,1331 0,5362 13,6200 0,0394 1 0,0013 1,3332 0,0014 1,3595
Bar 14,5040 100,00 402,1800 10215,0000 29,5300 750,0600 1 1000 1,0197 1019,700
m Bar 0,0145 0,1000 0,402 10,2150 0,0295 0,7501 0,001 1 0,0010 1,0197
kgf/cm2 14,2230 97,9047 394,4100 10018,0 28,9590 735,560 0,9800 980,7000 1 1000
gf/cm2 0,0142 0,0970 0,3944 10,0180 0,0290 0,7356 0,0009 0,9807 0,001 1
Exemplo 1 mmHg = 0,5362 pol, H2O = 1,3332 m Bar 97 mmHg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H2O
