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CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição por pressão diferencialQuando o líquido está sob pres...
CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Supressão de zero e elevação de zero em instalações de medição ...
CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível com borbulhadorCom o sistema de borbulhador ...
CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por empuxoEssa forma de medição é baseada na...
CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por radiaçãoCertos materiais(como o cobalto ...
CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por ultra som.O ultra som é uma vibração mec...
CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por radar.O radar usa uma filosofia similar ...
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  1. 1. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13PRESSÃOA pressão é a razão entre a força que está aplicada em uma superfície e a área dessasuperfície. Ou seja, é o valor de força aplicada em cada unidade de área.Desta forma a pressão ainda que baixa pode produzir grande força desde que a área aplicadaseja grande. Por exemplo, o vento não consegue empurrar nossa mão, mas consegue empurrar umenorme barco à vela (a vela tem uma área muito grande). O projétil das armas de fogo (bala) temgrande poder de penetração por que além de grande força (pela alta velocidade e massa) atua emuma pequena área, consequentemente alta pressão. O mesmo ocorre com as agulhas que pela pequenaárea de atuação consegue penetrar facilmente nos tecidos.O conhecimento do valor de pressão é de grande importância na indústria, não só para garantira integridade dos equipamentos como também para conseguir produzir as condições necessárias aoprocesso vigente. Por isso utilizam-se os medidores (ou indicadores) e os transmissores de pressão,a fim de poder conhecer a pressão local ou remota e a partir de tal conhecimento tomarem-se asnecessárias providências.A PRESSÃO NOS FLUIDOSUma força quando aplicada a um corpo sólido é transferida por esse corpo na mesma direção eno mesmo sentido de sua aplicação.Já nos fluidos a força aplicada é também transferida só que em todas as direções, aplicando-se perpendicularmente às superfícies com as quais os fluidos fazem contato.Como se aplica de forma distribuída, é necessário encontrar a razão existente entre a forçaaplicada ao fluido e a área de aplicação de tal força pois é tal razão, que é a pressão, que estarápresente em todos os pontos do fluido, desde que no mesmo nível.Por transmitir força à distância e sem os problemas inerentes à transmissão por meio sólido,a pressão de ar (pneumática) ou de óleo (hidráulica) são importantíssimos meios de transmissão desinais e forças.P= F/AFR=20NFR=20N F1=20NFigura1a Figura1b
  2. 2. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13UNIDADE DE PRESSÃOA pressão é medida por duas unidades associadas. Uma de força e outra de área.No sistema internacional de unidades a pressão é medida em N/m2também chamado pascal(Pa).Outra unidade muito usada é o psi ou libra-força por polegada quadrada. Essa unidade é ausada pelo frentista de posto de combustível para se referir à pressão dos pneus:Exemplo 1 - Em um vaso cuja área interna é de 40m2há uma força total de dentro para forade 16000N. Calcular a pressão existente no interior de tal vaso.Solução: a pressão é a razão entre força e a área entãoP=F/A=16000/40=400N/m2Resposta: a pressão é de 400N/m2Exemplo 2 – Um cilindro hidráulico de um posto de combustível tem uma força de elevação de30000N. Sabendo que o diâmetro do êmbolo é de 50cm, calcular a pressão interna do cilindro.Solução: a pressão interna será igual à razão entre força e área.A área de um círculo é A=D2/4= 3,14*0,52/42m2Então a pressão é deP = F/A =30000/2=15000N/m2Resposta: a pressão é de 150000N/m2Exercícios1. Calcular a força atuante em uma área de 0,018m2 quando submetida a uma pressão de 50000N/m2Obs. O resultado dessa conta é aproximadamente a força suportada pela tampa de uma panela de pressão comum,quando funcionando.pensar- Quantas ”libras“ ?
  3. 3. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13A PRESSÃO E A TEMPERATURAPara os gases vale PV/T=k, ou seja: pressão temperatura e volume estão amarrados: ao sevariar um deles um dos os outros dois, ou ambos, também variarão.Os compressores de ar por exemplo, ao comprimirem o ar são aquecidos pelo aumento detemperatura deste.Quando se aquece um fluido qualquer sua pressão tende a subir. É o que acontece com a águano interior de uma panela de pressão: a água é aquecida e por isso tem sua pressão aumentada,entrando em ebulição em temperaturas acima de 100ºC, ( temperatura em que a água entra emebulição na pressão atmosférica. Ao entrar em ebulição o líquido fica com temperatura constante.PRESSÃO ATMOSFÉRICANo fundo de qualquer fluido submetido à gravidade, sofre-se o efeito do peso de tal fluido.Como no fluido a pressão se propaga em todas as direções, qualquer ponto apresenta mesma pressão,desde que à mesma distância da superfície.A pressão no interior de um fluido é dada por:P = ghOnde P é a pressão em pascal,  é a massa específica em kg/m3, g é a aceleração dagravidade e h é a altura até a superfície.Exemplo 3 : Calcular a pressão de uma coluna de água com 10,33m.( g = 9,8m/s2;  =1000kg/m3)P = gh = 1000*9,8*10,33 101300N/m2Resposta: a pressão é de 101300N/m2Exemplo 4 : Calcular a pressão de uma coluna de mercúrio com 76cm.( g = 9,8m/s2;  =13800kg/m3)P = gh = 13800*9,8*0,76 101300N/m2Resposta: a pressão é de 100000N/m2Exercícios2. Calcular a pressão de uma coluna de 3m de um óleo cuja massa específica é de 800kg/cm2
  4. 4. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Com os gases que compõem a atmosfera não édiferente.Sob uma camada gasosa de aproximadamente 500kmde altura, toda a superfície terrestre sofre a ação do pesodessa camada, na forma de pressão.A pressão atmosférica é a responsável pela fixaçãodas ventosas, pela subida do refrigerante no canudinho, pelasubida de água na tubulação de sucção das bombas d’água empoços, entre outras coisas.A pressão atmosférica vale 101300Pa , masatmosfera (atm) é também uma unidade de pressão, e assima pressão atmosférica vale uma atmosfera ou 1atm.A experiência de TorricelliEvangelista Torricelli encheu um tubo com mais deum metro com mercúrio e o virou em um recipiente tambémcheio de mercúrio.O mercúrio que se encontrava no tubo escorreu domesmo até uma altura de 760mm, entrando então emequilíbrio.760mmA pressão interna era apenas relativa à coluna demercúrio enquanto por fora só atuava a pressão atmosférica.Então Torricelli calculou a pressão em função da coluna.Pode-se então dizer que a pressão atmosférica é de760mmHgFigura2
  5. 5. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13PRESSÃO ABSOLUTA E PRESSÃO RELATIVAA partir do valor de pressão pode-se por exemplo calcular a força aplicada a uma superfícieem que essa pressão atua e consequentemente ter conhecimento da deformação que tal superfíciepoderá sofrer.Como tudo ou quase tudo na face do planeta está submetido ‘a pressão atmosférica, esta nãoprovoca deformações exceto em corpos dentro dos quais haja pressão menor que a atmosférica.Por causa disso na maioria dos casos usa-se a pressão atmosférica como referência para osvalores observados, que então estarão acima ou abaixo daquela. Ou seja: importa saber a diferençaentre a pressão de determinado ambiente e a pressão atmosférica. Essa diferença se chamapressão relativa ou pressão manométrica.Os medidores de pressão, chamados manômetros, são normalmente ajustados de modo amostrar como sendo zero a pressão atmosférica, diz-se então que os manômetros mostram o valorda pressão relativa. Por isso a pressão relativa é também chamada pressão manométrica.Para se saber o valor absoluto de uma pressão relativa ou manométrica, basta somar à talpressão o valor da pressão atmosférica.Para se saber o valor relativo ou manométrico de uma pressão absoluta, basta subtrair de talpressão o valor da pressão atmosférica.Exemplo 5- Qual o valor absoluto da pressão no interior de um vaso cujo manômetro mostraum valor de 30atm ?Solução: somar o valor da pressão atmosférica na unidade usada: 30 + 1 = 31atmResposta: a pressão absoluta no caso é de 31atm.Exemplo 6- Qual o valor absoluto da pressão no interior de um vaso cujo manômetro mostraum valor de 250000Pa ?Solução: somar o valor da pressão atmosférica na unidade usada: 250000+101300 =351300PaResposta: a pressão absoluta no caso é de 351300Pa.Exemplo 7- Qual o valor relativo da pressão no interior de um vaso cuja pressão absoluta éde 500psi ?Solução: subtrair o valor da pressão atmosférica na unidade usada: 500-14,69=485,31psiResposta: a pressão relativa no caso é de 485,31psi.Exercícios3. Converter os valores dados nas formas entre os primeiros parênteses para as formas entre os últimos parêntesesa) 1520mmHg (abs.)________________(relativa)b) 40000Pa (relativa)________________ (absoluta)c) 1422psi (relativa)______________(absoluta)d) 3,8bar (abs.)_______________ (relativa)e) l5atm (relativa)_______________(absoluta) .
  6. 6. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13PRINCIPAIS UNIDADESAs unidades de pressão dependem das unidades de força e área adotadas.É muito importante saber converter uma unidade de pressão em outras e por isso existemtabelas nas quais se encontram os fatores de conversão para as várias unidades usuaisNo entanto basta que se memorizem alguns poucos valores para que se possam fazer asconversões entre as principais unidades de pressão. Aí é só usar regra de três simples e pronto.As principais unidades consideradas aqui são:Equivalência :Exemplo 8: Quanto vale em Pa (pascal) uma pressão de 2000mmHg?Solução: escrever uma regra de três com os valores envolvidos. 101300Pa correspondem a760mmHg. A quanto corresponde, em pascal, 2000mmHg?Dica: escrever a correspondência conhecida nos denominadores, pois dessa forma fica mais simplesa manipulação algébrica.Resposta: o valor em pascal equivalente a 2000 milímetros de mercúrio é 266578,95. Ou seja2000mmHg=266578,95PaExemplo 9: Quanto vale em atm uma pressão de 2500000Pa ?X2000x101300760=X1013002000760= X  266578,951atm = 1,033kgf/cm2=10,33mca =1,013bar = 101300Pa = 14,69psi = 760mmHgatm - atmosfera ( igual à pressão atmosférica normal)kgf/cm2- quilogramaforça por centímetro quadrado (força igual ao peso de umquilograma sob uma gravidade de 10m/s2, atuando em uma área de um centímetroquadrado)bar - bar ( razão entre a força em newtons e a área em centímetro quadrado)Pa - pascal (newton por metro quadrado, logo 100000 vezes menor que o bar)PSI - PSI ( pond per square inch ; ou libra força por polegada quadrada)mmHg - milímetro de mercúrio (pressão exercida por uma coluna de mercúrio) ou Torr
  7. 7. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Solução: escrever uma regra de três com os valores envolvidos. 101300Pa correspondem a 1atm.Quanto vale, em atm, 2500000Pa ?Dica: escrever a correspondência conhecida nos denominadores, pois dessa forma fica mais simplesa manipulação algébrica.Resposta: o valor em atm equivalente a 2500000Pa em atm é 24,68. Ou seja 2500000Pa =24,68atmExercícios4. Calcular a força produzida em um êmbolo que recebe pressão de 200psi e tem diâmetro de 12cm.(resultado: 1379169 Pa)X12500000101300= X2500000101300=  24,68atm
  8. 8. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13MEDIDORES E TRANSMISORES DE PRESSÃOOs medidores e transmissores de pressão utilizam basicamenteduas relações.: a relação entre pressão e altura de coluna líquida edeformação elástica (por ação da força ) .Os medidores de pressão (indicam apenas no local em que estão)denominam-se manômetros e são os seguintes os mais usados: Coluna reta Coluna inclinada Tubo em U Diafragma Fole Tubo bourdon Pistão carregado com mola COLUNA VERTICAL RETAÉ constituída por dois vasos comunicantes, sendo um deles de diâmetro bem menor (um tubo)que ooutro, no qual se faz a leitura da pressão pelo nível através de uma régua montada aplica pelaaltura da coluna líquida, como se vê nas figuras 4a e 4b. Na figura 3b a pressão na coluna a é maior.Seu princípio o impede de fazer leituras de pressões muito altas. Em geral essa pressão não chega a5 bar. COLUNA INCLINADASe a coluna b faz um ângulo  com a linha horizontal ( como na figura 3c) então o comprimentopreenchido pelo líquido será multiplicada por sec, aumentando a precisão da leitura.Figura 3a Figura 3b Figura 3caabP1P2bP1P2abP1P2
  9. 9. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 TUBO EM UNa figura 4a vê-se um tubo em U no qual se aplica um só valor de pressão gasosa em cada um dosramos (ramo a e ramo b ). Na figura 4b a pressão no ramo a é maior, provocando a subida no líquidono ramo b. O desnível h se relaciona com a diferença P1 - P2 por :P1-P2 = ghDessa forma, conhecendo a medida de h e a massa específica  pode-se calcular a diferença P1-P2 . Medição da pressão por deformação elásticaOs instrumentos que medem a pressão por deformação elástica usam tal deformação para mover um ponteiroatravés, normalmente, de engrenagem.Pistão com mola carregadaNeste o êmbolo de um cilindro é mantido em uma das extremidades do cilindro por ação de uma mola e é forçado àoutra extremidade por ação da pressão a ser medida.O movimento do êmbolo é transmitido a um ponteiro.Figura 4a Figura 4ba b a bP1 P2P1 P2hPressão baixa Pressão alta
  10. 10. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Manômetro folePMaior PMenor POs foles são tubos de paredescorrugadas que por seu formatose forma no sentido de crescerlongitudinalmente quando a pressãointerna é maior que a externa.Se a pressão interna diminui emrelação à externa então o foleretorna à condição de repouso sejapor ação de mola auxiliar ou pelaelasticidade do próprio material dofole.
  11. 11. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Manômetro tipo diafragma.Os diafragmas podem ser do tipo metálico ou do tipo nãometálico.Os primeiros são em geral feitos de latão, bronze fosforoso,cobre-berírico, monel e aço inoxidável.Já os não metálicos podem ser feitos em cour, neoprene,polietileno e teflon.A pressão aplicada produzirá a flexão do material enquanto seuretorno à posição de repouso será garantida por uma molaauxiliar no caso dos não metálicos ou pela elasticidade do metalque os compõe nos caso dos metálicos.
  12. 12. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Manômetro tipo tubo bourdon C
  13. 13. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13.tipo CTipo espiralTipo helicoidal
  14. 14. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Assessórios para manômetros bourdonAmortecedor de pulsaçãoSifão Manômetro de peso mortoPresta-se à calibração de manômetros e consiste basicamente na produção de pressõesconhecidas e exatas de forma que se possa medir tais pressões com os manômetros que sequeiram calibrar.Tal pressão é conseguida pela colocação de massas conhecidas e padronizadas sobre umêmbolo de área também conhecida de forma que, com peso (força) e área pode-se saberexatamente a pressão.
  15. 15. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Transdutores eletrônicosOs dispositivos denominados transdutores eletrônicos de pressão produzem uma variação de umagrandeza elétrica ou eletrônica em função da variação da pressão quelhes é aplicada. Strain gageEsse sensor usa a mudança de resistência de uma trilha condutora feita sobre material elástico, quecolado sobre uma membrana, sofre deformações em função da pressão que atua nessa membrana.Assim, tem-se um valor de resistência variável em função da pressão, permitindo que um instrumentoeletrônico possa medir a pressão. PiezelétricoAlguns cristais como o quartzo e a turmalina apresentam o fenômeno de geração piezelétrica, pelo qualo cristal gera tensão elétrica em função da pressão que sofre.Dessa forma, desde que se conecte o cristal a um circuito eletrônico apropriado, pode-se medir apressão através do fenômeno piezelétrico.a bR= L /SR1baabR2
  16. 16. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13
  17. 17. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13NÍVELO nível é a altura da coluna de um líquido ou sólido, que na maior parte das vezes está nointerior de um reservatório como um vaso ou tanque.Em função do valor do nível, e para obtê-lo é necessário medi-lo, pode-se calcular aquantidade ou volume armazenada ou, conforme o caso, a quantidade ou volume transportado.Medir o nível é também importante para que se possa evitar o transbordamento do produtoarmazenado.MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE NÍVELPode-se medir o nível de forma direta, através de réguas, gabaritos ou bóias, tambémchamados flutuadores. A medição pode ainda ser feita de forma indireta pela medição de grandezasque se relacionam com o nível. Seja direta ou indireta a medição pode ser feita de forma contínua etambém de forma descontínua, pela colocação de dispositivos sensores em várias alturas doreservatório.MEDIÇÃO DIRETA RéguaA medição direta é feita pela inserção de uma régua nointerior do reservatório de modo que o zero da régua coincidacom o fundo do reservatório, sendo a superfície do líquidomarcará o ponto de leitura na régua que poderá ser entãoretirada e a leitura do nível será feita na marca.No caso de se ter um reservatório translúcido, a réguapode ser colocada encostada no reservatório e a leitura ser feitasem o contato com o conteúdo. Visor de nívelTrata-se de um pequeno reservatório parcial outotalmente de vidro que forma um sistema de vasoscomunicantes com o reservatório cujo nível se deseja medir. Acomunicação é feita por baixo se o tanque for atmosférico (ouseja aberto) e por cima e por baixo se tanque for pressurizado.A vantagem desse tipo de equipamento é a de permitir avisualização do nível em tanques opacos cujo acesso ao interioresteja impedido, exemplo das caldeiras e reservatórios comlíquidos corrosivos.A principal utilidade desse visor é normalmente apenas de permitir que se verifique aexistência de líquido, embora a leitura possa ser feita, se houver uma escala, pela marca dasuperfície do líquido através do reservatório de vidro.
  18. 18. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Bóia ou flutuadorConsiste numa bóia que flutua sobre a superfície do líquido cujo nível se mede. A bóia seprende um indicador por um cabo que passa por polias.A sua aplicação mais freqüente é em tanques abertos.
  19. 19. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13MEDIÇÃO INDIRETAAs grandezas usadas para a medição indireta de nível são pressão, empuxo, radiação, tempode eco etc. Medição por pressão hidrostáticaNesse caso mede-se a pressão produzida no fundo do reservatório pela coluna líquida, vistoque esta é diretamente proporcional à altura da coluna, ou seja ao nível.As equações que relacionam pressão com altura são:P=gh eOnde P= pressão em pascal=massa específica em kg/m3g= aceleração da gravidade local em m/s2h= altura em metrose também a equação chamada teorema de Stévin:P=h eOnde P= pressão em metros de coluna de água (mca)= densidade relativah= altura em metrosobs.: Se a pressão for dada em polegadas de coluna de água, a altura será então em polegadas.A técnica de medição de nível em função da pressão de fundo é válida para reservatórios dequalquer formato, que às vezes dificultaria o uso de outras técnicas.h=P/gh=P/H LTomada de altaatmosferaMedidor/transmissor
  20. 20. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição por pressão diferencialQuando o líquido está sob pressão (reservatório pressurizado), a medição por pressãohidrostática seria perturbada pelo acréscimo da pressão da fase gasosa na medição da pressãoprovocada pela coluna líquida, alterando a medição.Para resolver tal problema o medidor para esse caso é especial com dois pontos (tomadas) deconexão: uma chamada tomada de alta (marcada com um H no medidor) e outra chamada tomada debaixa (marcada com um L no medidor)A tomada de alta (H, do inglês high) é conectada normalmente, ao fundo do reservatório,sofrendo portanto a soma das pressões da coluna líquida com a pressão da fase gasosa.A tomada de baixa (L, do inglês low) é conectada ao topo do reservatório, sofrendo portantosomente a pressão da fase gasosa.Com tais conexões, a pressão da fase gasosa será anulada ficando-se apenas com a medição dafase líquida.Obs.: As conexões se fazem, via de regra, através de um tubo fino (normalmente de 1/8” deaço inox)Erros provocados por casos especiais de medições Supressão de zeroDiz-se que uma medida apresenta supressão de zero quando o zero do medidor está abaixo dozero da grandeza medida, de forma que a leitura fica menor que o valor real. Elevação de zeroDiz-se que uma medida apresenta elevação de zero quando o zero do medidor está acima dozero da grandeza medida, de forma que a leitura fica maior que o valor real.H LTomada de altaTomada de baixaMedidor/transmissor
  21. 21. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Supressão de zero e elevação de zero em instalações de medição de nívelQuando o medidor é instalado abaixo da conexão de alta do reservatório (veja a figura aseguir), indicará a leitura com elevação de zero visto que mesmo com o reservatório vazio haveráuma coluna fantasma na tubulação da tomada. Tal erro é ajustado no medidor, suprimindo-se o zero.Em reservatórios pressurizados em que a fase gasosa é passível de condensação à temperaturaambiente, tal condensação pode se dar na tubulação da tomada de baixa, produzindo com o passar dotempo uma coluna líquida que produzirá uma supressão de zero.Esse erro também se corrige no medidor, elevando-se o zero.H LelevaçãosupressãoMedidor/transmissorH LelevaçãoMedidor/transmissor
  22. 22. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível com borbulhadorCom o sistema de borbulhador pode-se medir o nível mesmo à distância e mesmo em fluidoscorrosivos e sem a necessidade de selagem visto que não haverá contato do medidor com o fluido.O sistema é composto por um medidor de pressão, uma válvula agulha e um suprimento de arcom pressão pelo menos 20% maior que a pressão produzida pela coluna líquida quando oreservatório estiver totalmente cheio.Uma tubulação conecta o ar comprimido à válvula e conecta a válvula ao fundo do reservatório.Na linha que liga a válvula ao reservatório é instalado o medidor e a válvula é ajustada para que umapequena vazão de ar passe a sair pela ponta mergulhada da tubulação de modo a garantir a saída deuma pequena quantidade de bolhas. O medidor de pressão indicará a pressão provocada pela colunalíquida e dessa forma mede-se a altura da coluna.O próprio medidor pode ter a escala em unidades de altura ,como metro.H LSuprimentode arVálvulaagulhabolhasMedidor/transmissor
  23. 23. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por empuxoEssa forma de medição é baseada na lei enunciada por Arquimedes: “ Todo corpo mergulhado em umfluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do fluidodeslocado”. Essa força do fluido sobre o corpo no sentido de expulsar o corpo dá-se o nome deempuxo (indicado abaixo por FE ).Para fazer uso desse tipo de medição usa-se um corpo de dimensões e massa determinadas, ao qualdá-se o nome de deslocador (ou displacer, termo em inglês que é lido displeicer). Tal deslocadorapresenta ligação mecânica com uma espécie de dinamômetro e é através do peso medido por essedinamômetro que se tem a medida no nível .O peso medido é o chamado peso aparente, igual à diferença entre o peso do corpo fora do fluido(peso real) e o peso do fluido deslocado ou seja o empuxo.De onde se faz:Como o peso real é conhecido e o aparente é medido, calcula-se a altura:Pela fórmula vê-se que para cada fluido o instrumento medidor deve ser reajustar em função de suamassa específica ou densidade.Uso do deslocador para medição de nível de interfaceHá casos em que em um reservatório encontram-se dois fluidos de diferentes densidades eimissíveis ( não misturáveis).Se for necessária a medição do nível de interface, ou seja o nível do fluido de maior densidade quefica no fundo do reservatório, a técnica de medição por deslocador é aplicável, bastando para issoque se conheçam as massas específicas dos fluidos contidos.O empuxo total sofrido pelo deslocador é a soma dos empuxos produzidos por cada um dos doisfluidos contidos.Considerando que o peso real é aquele apresentado quando apenas o fluido menos denso ocupa orecipiente, a mesma fórmula anterior é válida.FE = VgFpeso aparente= Fpeso real - FempuxoFempuxo =Fpeso aparente - Fpeso realFE = Vg FE = Ahg h = FE / Agh = (Fpeso aparente - Fpeso real) /Agh = (Fpeso aparente - Fpeso real) /Ag
  24. 24. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por radiaçãoCertos materiais(como o cobalto por exemplo) emitem ondas eletromagnética de alta freqüência àmedida em que transmutam para outro material. Tal emissão é denominada radiação.A radiação se propaga em todas as direções a partir do emissor, e perde energia à medida em que seafasta do emissor e também em função do meio.Para fazer uso da radiação para medição de nível é usado um corpo emissor instalado em um doslados do reservatório e um medidor instalado do outro lado. A radiação que chega ao medidordiminui na medida em que o nível se eleva interpondo-se entre o emissor e o medidor.Pela variação da radiação é portanto possível medir o nível de um reservatório sem a necessidade deconto com o fluido, sendo essa uma das grandes vantagens dessa técnica.A desvantagem desse tipo de medição além do custo é a possibilidade de geração de câncer pelaexposição à radiação. Medição de nível por capacitância elétrica.Quando dois metais estão paralelos e separados formam uma capacitância elétrica, que depende daárea de tais metais e do material que os separa (chamado dielétrico).A medição de nível por capacitância é feita pela colocação de dois eletrodos dispostosverticalmente no interior do reservatório de modo que a medida que o nível sobe, altera a naturezado meio que separa os eletrodos alterando também a capacitância formada pelos mesmos.A capacitância pode ser medida por circuitos eletrônicos dedicados, que no caso convertem ainformação da variação de capacitância numa informação da variação do nível.Eventualmente, se o reservatório for metálico um dos eletrodos pode ser o próprio reservatório.Se o líquido for condutor, o eletrodo será revestido por teflon.Existe também tipos de medidores capacitivos que não fazem contato com o fluido, usando umaplaca paralela ao fundo do tanque, que sendo metálico serve como a outra placa.emissorreceptormedidoreletrodo
  25. 25. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por ultra som.O ultra som é uma vibração mecânica de freqüência mais alta que o limite de audição humana(20kHz).A medição por ultra som usa em geral freqüência da ordem de 50kHz.Como a velocidade do som depende do meio de sua propagação, desde que se conheça a naturezado meio é possível medir seu tamanho através da mudança de velocidade de propagação do ultra som.O tempo entre a emissão e a recepção de pulsos acústicos produzidospelo medidor pode também medir a distância entre o medidor e a interfacedo líquido.O medidor pode ser instalado no topo ou no fundo do reservatório dependendo dascaracterísticas da medição.Essa técnica permite medir níveis de líquidos ou sólidos, sendo esta última vista numa aplicaçãoem esteira na figura acima à direita.ondasmedidor
  26. 26. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por radar.O radar usa uma filosofia similar à do ultra som, emitindo ondas e medindo seu tempo depropagação , mas as ondas produzidas são de rádio, por tanto eletromagnéticas de freqüênciamuitíssimo mais alta, na casa dos milhares ou milhões de ciclos por segundo.A grande vantagem desse tipo de medidor é sua imunidade à presença de vapores, espumas, sólidosem suspensão etc. mas por essa vantagem paga-se bem mais caro, pois o medidor por radar é muitomais caro.
  27. 27. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Medição de nível por relutância variávelA relutância é uma grandeza relacionada à facilidade com que uma onda eletromagnética se propaga por um meio.O medidor que utiliza esse princípio gera uma onda eletromagnética de alta freqüência, que encontra dificuldadesem se propagar em função do nível do reservatório no qual o medidor se instala.As vantagens desse tipo de medidor são similares às do tipo radar, com a mesma desvantagem: o preço. Medição descontínua de nívelA medição descontínua se presta às mesmas funções da medição contínua, porém com menor precisão visto quevários sensores são usados e toda a variação de nível entre tais sensores passa despercebida.Os sensores usados podem ser diversos como várias chaves-bóias, ou uma bóia magnética que servirá para acionardiversas chaves tipo ampola (reed switch) ou atuar em pequenas bandeirolas que indicarão o nível .
  28. 28. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 Indicador de nívelOs indicadores de nível mostram através de um display oude um grafico de barra (bargraph) o nível de umreservatório.Um tipo bem comum é visto ao lado. Tem uma bóiamagnética que ao passar por marcadores modificam suasposições, que se fixam produzindo uma barra de baideirolascoloridas de mesmo nível do reservatório. Os marcadoresacima da bóia ficam na condição de repouso, mostrando suaface vazia (branca ou preta).Outro tipo tem um marcador que pelo lado de foraacompanham magneticamente a bóia que flutua no líquido.
  29. 29. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13
  30. 30. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13TEMPERATURAA temperatura é o grau de agitação molecular, de modo que quanto mais rapidamente se agitam asmoléculas maior a temperatura do corpo.O aumento de temperatura produz uma variedade de alterações físicas: Aumento do volume dos corpos (exceto a água entre O oC e 6oC); Se o corpo estiver confinado gerará aumento de pressão, normalmente em corpos líquidos egasosos; Aumento da emissão de radiação (todos os corpos emitem, desde que suas moléculas estejam seagitando); Alteração de resistência elétrica, normalmente um aumento, embora haja materiais cujaresistividade diminui com o aumento da temperatura; Geração de força eletromotriz pela migração de cargas elétricas entre pontos de diferentesgraus de agitação molecular.Tais alterações físicas são proporcionais à temperatura e por isso é possível pela medição da alteraçãodessas grandezas conhecer o valor da alterações da temperatura. Unidades de temperaturaA medição de temperatura é feita através de escalas criadas (qualquer pessoa pode criar uma !) porfísicos em séculos passados.As escalas mais conhecidas são:Celcius (criada pelo ): Atribui o valor 0 (zero) ao grau de agitação molecular do gelo em fusão e 100(cem) ao grau de agitação molecular da água em ebulição. A faixa entre tais valores é dividida em cempartes (por isso os valores dessa escala era chamada também de graus centígrados.Farenheit (criada pelo físico alemão Daniel Gabriel Farenheit) : Atribui o valor 32 (trinta e dois) aograu de agitação molecular do gelo em fusão e 212 (duzentos e doze) ao grau de agitação molecular daágua em ebulição. A faixa entre tais valores é portanto dividida em 180 (cento e oitenta) partes.Kelvin (criada pelo físico inglês Lord Kelvin): Por análise do comportamento dos gases Kelvin calculouque a agitação molecular cessa a uma temperatura de –276oC (temperatura negativa) , sendo portantoimpossível haver temperaturas mais baixas que essa.Lord Kelvin atribuiu a essa temperatura o valor 0 (zero) , também chamado de zero absoluto ou zerokelvin. A escala kelvin é considerada absoluta e por isso não se usa o termo grau kelvin, apenas o nomekelvin após o número referente à temperatura. O zero absoluto é então 0 kelvin ou 0K.Kelvin usou a escala celcius como base. Assim a faixa entre a temperatura de fusão do gelo e ebuliçãoda água é também dividida em cem partes na escala kelvin. Como o zero da escala kelvin eqüivale a –276oC, a fusão do gelo fica então com o valor de 276 kelvin ou 276K e a ebulição da água com 376kelvin ou 376K.
  31. 31. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13Rankini (criada pelo físico Rankini): É uma escala absoluta como a kelvin mas caiu em desuso. Mudança de escalaPara fazer conversão de escala usamos uma técnica matemática que pode ser usada para converterquaisquer escalas desde que sejam de variação proporcional (quando uma varia 25% por exemplo aoutra também varia 25%)1- arma-se um esquema nos qual aparecem as duas escalas entre as quais haverá a conversão. Em talesquema números correspondentes devem estar frente a frente: no caso o valor da temperaturade fusão do gelo em cada escala deve ficar frente a frente bem como o valor referente à ebuliçãoda água.2- Entre os valores conhecidos coloca-se a incógnita de cada escala.3- Agora faz-se a relação matemática:O valor incógnito menos o conhecido inferior de uma escala, está para o conhecido superior menos oinferior da mesma escala assim como o valor incógnito da outra escala menos o conhecido inferior daoutra escala, está para o conhecido superior menos o inferior dessa outra escala.De onde se fazOu tambémFórmulas pelas quais se converte uma temperatura expressa em farnheit par um valor correspondenteem celcius ou o contrário.0oC100oCxoC32 oF212oFx oFxoC -0100-0=212-32xoF -32xoC9(xoF –32)5=xoF5329 xoC= +
  32. 32. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13 CalorHá comumente uma confusão entre calor e alta temperatura, mas fisicamente são coisas totalmentediferentes.Fisicamente falando, calor é trasnferência de energia térmica e acontece desde que haja diferençade temperatura entre dois corpos entre os quais haja algum meio de transmissão.A transferência de calor depende diretamente:- das áreas das superfícies em contato;- da diferença da temperatura dos corpos;- depende também da cor pois corpos negros ou mais escuros trocam calor com mais facilidade queos brancos ou mais claros.Assim um corpo de maior área de superfície troca mais energia térmica com o ambiente que um depequena superfície. Isso justifica o porque dos animais se enroscarem ou se encolherem para suportaro frio.Troca de calor e alteração de temperaturaEm geral, quando um corpo ganha calor sua temperatura aumenta e quando perde calor suatemperatura diminui. Isso só não acontece se esse corpo muda de estado, de sólido para líquido porexemplo. Nesse caso a energia térmica ganha é usada apenas para a mudança de estado e não hámudança na temperatura.A variação de temperatura se relaciona com a quantidade de calor, com a massa e com o calorespecífico do corpo, que é a sua sensibilidade às alterações de temperatura em função dao calortrocado.t = Q/mcTroca de calor e alteração de volumeAo sofrer uma alteração de temperatura os corpos sofrem também alteração de volume e de mesmosentido: Se aquecem crescem; se esfriam diminuem.À essa regra excetua-se a água entre 0oC e 6oC que nesse intervalo perde volume enquanto aquece.A alteração de volume em função da variação de temperatura obedece à equação abaixo.V=Vo t 
  33. 33. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13TERMO RESISTORDispositivo cuja resistência elétrica se altera com a variação de temperatura. Apresentam-se no tipoRTD ou do tipo termistor RTDSão dispositivos metálicos cuja resistência varia em função da temperatura.Os RTDs mais utilizados são os de platina, que a zero grau apresentam 100, por isso chamados Pt-100.Uma fórmula aproximada que permite saber qual será a resistência R para cada temperatura tusar R(t) = R0 (1 + 0,00385055t)Para o RTD de platina, padrão Pt-100, a fórmula completa éR(t) = R0 ( 1 + a t + b t2+ c (t - 100) t3).Sendo R0 = 100 ohms. a = 3,90830 10-3, b = -5,77500 10-7e c = -4,18301 10-12(para t entre 0 e200ºC)milivolt (referência 0ºC) TermoparesTemperatura oC Cobre-ConstatanFerro-ConstatanNiquel-NiCr(12.5%)Cromel-AlumelPlatinaPtRh(10%)PlatinaPtRh(13%)-100 -3.35 -4.82 ------ -3.49 ----- -----1020300.390.791.190.521.051.580.330.661.00.400.801.200.060.110.170.060.110.17100 4.28 5.40 3.3 4.10 0.64 0.652004005009.2920.87------10.9922.0727.586.613.216.78.1316.3920.641.433.244.221.473.404.466008001000------------------33.2745.7258.2220.227.234.724.9033.3141.315.227.339.575.567.9210.47120014001600------------------------------38.6------------45.1452.41------10.7413.1316.7511.8214.5818.731700 ------ ------ ------ ------ 17.95 20.09
  34. 34. CEFETCAMPOS MEDIDAS DE VARIÁVEISPROFESSOR MAURÍCIO FRANCO13TermistorSão dispositivos semicondutores compostos por óxidos metálicos cuja resistência varia em função datemperatura. Tal variação pode se dar com o mesmo sentido da variação de temperatura, chamadosPTC (positive temperature coeficient) , como também pode se dar que um aumento de temperatruaprovoque uma redução da resistência, situação na qual o dispositivo se denomina NTC (negativetemperature coeficient).Pa

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