Medição de Pressão: Fundamentos e Instrumentação

Medição de Pressão
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral
Fundamentos de Medição
de Pressão
Fonte: Simone Acosta

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

A unidade SI
O pascal é uma unidade muito pequena, que equivale à
pressão exercida por uma coluna d'água de altura de 0,1
mm (pressão de uma cédula de dinheiro sobre uma
superfície plana).
Na prática, usa-se o kilopascal (kPa) e o megapascal
(MPa).

Outras unidades:
• psi (lbf/in2)
• kgf/cm2
• mm de coluna liquida
Pascal não depende da aceleração da gravidade do local e
da densidade do liquido!

1643 - Torricelli inventou o barômetro

Medição de pressão com o manômetro

PRESSÃO ATMOSFÉRICA
• É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície
terrestre, que é medida em um barômetro. Ao nível do mar
esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA

PRESSÃO RELATIVA (MANOMÉTRICA)
Medida em relação à pressão atmosférica.
Pode ser positiva ou negativa.
Importante:
Podemos colocar após a unidade a letra “g” ou não.
Exemplo: 3 psig = 3 psi

PRESSÃO RELATIVA POSITIVA
É quando um sistema tem pressão relativa maior que a
pressão atmosférica.

PRESSÃO RELATIVA NEGATIVA OU VÁCUO
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a
pressão atmosférica.

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 ou 3 kgf/cm2 A - Pressão Absoluta
4 kgf/cm2 - Pressão Relativa

ESCALAS DE PRESSÃO
- Pressão Relativa
(ou P. Efetiva ou Pressão)
- Pressão Absoluta
(ou Zero Absoluto ou Vácuo Perfeito)
Pabs = Prel + Patm

Tipos de Pressão
Pressão Diferencial
Diferença de pressão entre
dois pontos (P).

Tipos de Pressão
Pressão Estática ou Hidrostática
É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou
que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso.
A pressão estática do processo é a pressão transmitida pelo
fluido nas paredes da tubulação ou do vaso.

Tipos de Pressão
Pressão Dinâmica ou Cinemática
Pressão exercida por fluido em movimento ou tomada de
impulso no sentido do impacto do fluxo (paralelo a sua
corrente). A pressão dinâmica da tubulação é a pressão
devida a velocidade do fluido.
Exemplo de Medição de Pressão Estática e Dinâmica

PRESSÃO MANOMÉTRICA
Definições:
[ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²]
Massa Específica =
massa
volume
[ kg/m³; g/cm³]
[kgf/m³; gf/cm³]
força
área
Pressão =
Peso Específico =
peso
volume

Conversão:
01 libra = 0,4516 kg e 01 polegada = 2,54 cm
portanto, 1 kgf/cm² = 14,223 psi.
Unidades mais utilizadas:
1 atm = 760 mmHg (0°C) = 762,4 mmHg (20°C) = 10.332 mmca =
10.351 mmca(20°C) = 10332 kgf/m² = 1,033 kgf/cm²= 14,696 psi =
101,325 kpa (N/m²) = 1,01325 bar = 407,2 "H2O.

TABELA DE CONVERSÃO
Exemplo 1 mmHg = 0,5362 pol, H2O = 1,3332 m Bars
97 mmHg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H2O
97 mmHg = 97(1,3332) =129,3204 m Bars
PSI KPA
Polegadas
H2O mmH2O
Polegadas
Hg mmHg Bars m Bars Kgf/cm
2
gf/cm
2
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
Bars 14,5040 100,00 402,1800 10215,0000 29,5300 750,0600 1 1000 1,0197 1019,700
m Bars 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

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MEDIDORES DE PRESSÃO
Medidores por coluna líquida
Medidores por elementos elásticos
Medidores especiais

MEDIDORES DE PRESSÃO

Medidores por
Elementos Elásticos

Tubos de Bourdon
P

Tubos de Bourdon
P
P
P
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.
a) Tipo C b) Tipo Espiral c) Tipo Helicoidal

TUBO BOURDON

TUBO
BOURDON

Medidores de Bourdon
O medidor tipo tubo de
Bourdon é universalmente utilizado
na faixa de 0 - 10 psi até 50.000 psi.
A faixa baixa depende da
capacidade do tubo acionar o
ponteiro. Sua precisão depende do
processo de fabricação chegando
0,1% ou 0,5% da escala. Alguns
desses medidores são ainda
incrementados com compensadores
térmicos, normalmente uma barra
bimetálica integrada ao sistema do
ponteiro para minimizar o erro.

Limitações
Em processos industriais que manipulam
fluidos corrosivos, viscosos, tóxicos, sujeitos à alta
temperatura e/ou radioativos, a medição de pressão
com manômetro tipo elástico se torna impraticável
pois o Bourdon não é adequado 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.
Medidores de Bourdon

Manômetro de Pressão Diferencial
Este tipo construtivo, é adequado para medir a
diferença de pressão entre dois pontos quaisquer do
processo. É composto de dois tubos de Bourdon
dispostos em oposição e interligados por articulações
mecânicas.

Fabricação

São manômetros com dois Bourdons e mecanismos
independentes e utilizados para medir duas pressões
distintas, porém com mesma faixa de trabalho. A vantagem
deste tipo está no fato de se utilizar uma única caixa e um
único mostrador.
Manômetro Duplo

Sensor Tipo Diafragma
É constituído por 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. Quando
uma pressão é aplicada, a membrana
se desloca e esse deslocamento é
proporcional à pressão aplicada.
ESCALA
MOLA
PONTEIRO
CONEXÃO
DE PRESSÃO
DIAFRAGMA
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PRESSAO DIAFRAGMA

MEDIDOR TIPO FOLE
Fole
Pressão
Mola
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. Como a resistência à pressão
é limitada, é usado para baixa pressão.
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PROCESSO
FOLE
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Quando desejamos calibrar um manômetro, na maioria das vezes,
utilizamos a Máquina de Teste que funciona pelo Princípio de
Pascal diz que: 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. Devido serem os
fluidos praticamente incompressíveis, a força mecânica
desenvolvida em um fluido sob pressão pode ser transmitida.

Video Pascal calibração

Medidores de
Coluna Líquida

Manômetro de Líquido
Princípio de funcionamento e construção
É um instrumento de medição e indicação
local de pressão baseado na equação manométrica. Sua
construção é simples e de baixo custo. Basicamente é
constituído por tubo de vidro com área seccional
uniforme, uma escala graduada, um líquido de
enchimento e suportados por uma estrutura de
sustentação.
O valor de pressão medida é obtida pela
leitura da altura de coluna do líquido deslocado em
função da intensidade da referida pressão aplicada. Os
líquidos mais utilizados nas colunas são: água
(normalmente com um corante) e mercúrio.

Equação Manométrica
Esta equação relaciona as pressões aplicadas
nos ramos de uma coluna de medição e altura de
coluna do líquido deslocado. A equação apresenta-se
como a expressão matemática resultante dessa
relação.
hpp  12

Onde h = h1 - h2

Faixa de Medição
• Em função do peso específico do líquido de
enchimento e também da fragilidade do tubo de
vidro que limita seu tamanho, esse instrumento
é utilizado somente para medição de baixas
pressões.
• Em termos práticos, a altura de coluna máxima
disponível no mercado é de 2 metros e assim a
pressão máxima medida é de 2 mH2O caso se
utilize água destilada, e 2 mHg com utilização
do mercúrio.

TIPOS DE MANÔMETRO LÍQUIDO
Manômetro tipo Coluna em “U”
O tubo em “U” é um 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.

No tipo (a), o zero da escala está
no mesmo plano horizontal que a
superfície do líquido quando as
pressões P1 e P2 são iguais. A
superfície do líquido desce no lado de
alta pressão e sobe no lado de baixa
pressão.
P1 – P2 = h.dr
P1 P2

No tipo (b), o ajuste de zero
é feito em relação ao lado de
alta pressão. Neste tipo há
necessidade de se ajustar a
escala a cada mudança de
pressão.
P1 P2

Manômetro tipo Coluna Reta Vertical
Nesse manômetro as áreas dos ramos da coluna são diferentes,
sendo a pressão maior aplicada normalmente no lado da maior área.
Essa pressão, aplicada no ramo de área maior provoca um pequeno
deslocamento do líquido na mesma, fazendo com que o
deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume
deslocado ser o mesmo e sua área bem menor.

Manômetro tipo Coluna Reta Vertical
Como o volume deslocado é o mesmo, teremos:
 1221 hhPP  
Chamando as áreas do ramo reto e do ramo de maior área de “a” e
“A”, respectivamente, e aplicando pressões P1 e P2 em suas extremidades
teremos pela equação manométrica:
2121 h.
A
a
hh.ah.A 
Substituindo o valor de h1 na equação manométrica, teremos:
)
A
a
(1h.P-P 221 
Como “A” é muito maior que “a”, a equação anterior pode ser
simplificada e reescrita. Assim teremos a seguinte equação utilizada para
cálculo da pressão:
h.P-P 221 

Manômetro tipo Coluna Inclinada
Este Manômetro é utilizado 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 é a de expandir a escala de leitura o que é
muitas vezes conveniente para medições de pequenas
pressões com boa precisão ( 0,02 mmH2O).

Manômetro tipo Coluna Inclinada
A figura representa o croqui construtivo desse
manômetro, onde:
  é o ângulo de inclinação
 a e A são áreas dos ramos.
 P1 e P2 são as pressões aplicadas, sendo P1 P2.
P1 – P2 =  . h
A
a
+ sen 

MENISCO
Neste tipo de medidor, a tensão superficial dos líquidos é evidente, ou seja,
neste tipo de medidor devido a força de coesão e adesão entre as
moléculas do vidro do líquido, aparece o que chamamos de menisco. Em
tubos de pequenos diâmetros, a superfície do líquido deverá ser uma curva.
No caso de líquidos 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.

Medidores Especiais

O transdutor de indutância variável (LVDT) utiliza:
- Bobina primária
- Bobina secundária
- Núcleo magnético (entre as duas bobinas).
Transdutor de Pressão Indutivo (LVDT)

O núcleo é conectado a um sensor de pressão (por exemplo,
diafragma).
Quando ocorre uma variação da pressão, este núcleo se movimenta
e altera o número de espiras induzidas, variando a tensão.

Sensor Piezoelétrico
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, por ação de uma pressão.
- Pequenos e de construção robusta.
- Resposta é linear com a variação de pressão, são capazes de
- Fornecem sinais de altíssimas freqüências.

SENSOR STRAIN GAUGE OU PIEZORESISTIVO ou
CÉLULAS DE CARGA
R = l . 
S
R : Resistência do condutor
 : Resistividade do material
L : Comprimento do condutor
S : Área da seção transversal
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio,
mudando-se as suas dimensões.

Ponto de aplicação
da força
Fio solidário
a base
Lâmina de base
(Flexível)
F
Uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de
apoio rígido enquanto a outra extremidade será o ponto de
aplicação de força.

A ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras
extensiométricas é o circuito em ponte de Wheatstone,
- Vantagem de compensar as variações de temperatura
ambiente.

STRAIN GAUGE OU PIEZORESISTIVO

Transdutor de Pressão Capacitivo
Mede a deformação das placas do capacitor.
C = K A
d
A = área das placas
d = distância entre as placas

CÉLULA CAPACITIVA Se P1 > P2
d1 aumenta e d2 diminui
C1 diminui e C2 aumenta
d
1
d
2

Transmissor Pressão Diferencial Capacitivo

http://www.youtube.com/watch?v=mn6GO6jZiDI

Diagrama de Blocos

LD 301 – Transmissor de pressão SMAR

LD301 da SMAR

INSTALAÇÃO DO TRANSMISSOR DE PRESSÃO
SMAR LD-301

Calibração de Transmissores

Sensor de Silício Ressonante
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.

Fatores que irão influenciar na ressonância do sensor:
- Pressões exercidas sobre o sensor
- O campo magnético gerado por um imã permanente posicionado sobre
o sensor;
- O campo elétrico gerado por uma corrente alternada.
A combinação do fator campo magnético/campo elétrico é responsável
pela vibração do sensor .

Por estarem localizadas em locais diferentes, porém no mesmo
encapsulamento, um sensor sofrerá uma compressão e o outro sofrerá
uma tração conforme a aplicação de pressão sentida pelo diafragma.
Desta maneira, os sensores possuirão uma diferença de freqüência
entre si, que pode ser sentida por um circuito eletrônico. Essa diferença
de freqüência será proporcional ao P aplicado.

TRANSMISSOR DE PRESSÃO DA
TUBULAÇÃO DE VAPOR

TRANSMISSOR DE PRESSÃO DE VAPOR
SUPERAQUECIDO PARA A TURBINA

Transmissores de Pressão

Válvula Reguladora de Pressão

Pressostato
É um instrumento de medição de pressão
utilizado para proteção de equipamento
ou processos industriais contra
sobrepressão ou subpressão.
É constituído por um sensor, um
mecanismo de ajuste de setpoint e uma
chave de duas posições (aberto ou
fechado).

Pressostato
Como elemento sensor, pode-se utilizar
qualquer um dos tipos já estudado, o
mais é o diafragma.
Como mecanismo de ajuste de setpoint
utiliza-se na maioria das aplicações uma
mola com faixa de ajuste selecionada
conforme pressão de trabalho e ajuste, e
em oposição à pressão aplicada.

Pressostato
O mecanismo de mudança de estado mais
utilizado é o micro interruptor, podendo
ser utilizado também ampola de vidro
com mercúrio fechando ou abrindo o
contato que pode ser do tipo normal
aberto ou normal fechado.

Pressostato
http://www.youtube.com/watch?v=m45AdRIsRlg

INSTALAÇÃO DO PRESSOSTATO NA LINHA DE ÁGUA

Normas de Proteção Internacional
Classes de proteção => indicadas por um símbolo
composto:
a) duas letras – IP (International Protection)
b) dois dígitos que definem o grau de proteção
Exemplo:

Optico

Optico
Redes de Bragg

Condutividade Térmica

Condutividade Térmica
Inventado por Marcello Pirani em 1906.
Num medidor pirani, dois filamentos atuam como
resistências em dois ramos de uma ponte de
Wheatstone. São os filamentos de referência que
são imersos em uma pressão fixa, enquanto que
os filamentos de medida são expostos ao sistema
de gás. A corrente através da ponte aquece ambos
os filamentos. Moléculas de gás atingem os
filamentos aquecidos e arrancam parte do seu
calor, variando a temperatura e assim variando a
resistividade do filamento. Se a pressão do gás ao
redor do filamento de medida não está idêntica à
que está ao redor do filamento de referência, a
ponte fica desbalanceada e o grau de desbalanco
é um indicativo da medida da pressão.

Ionização

400 V
Ionização

Instalação dos Sensores

Medição de Líquidos
O instrumento será montado abaixo ou mesmo
nível do elemento primário.

Medição de Gases
O instrumento será montado acima do
elemento primário.

Medição de Vapores
O instrumento será montado abaixo do
elemento primário, se usar câmara de
condensação.

Transdutor de Pressão
SMAR LD301

Diagrama de Blocos

Configuração - Controlador

Configuração – Rede Multiponto (max 15)

Ajuste Local

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