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INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Como medir a pressão do
vapor gerado por uma
caldeira?
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Kgf/cm² lbf/pol² BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O kpa
Kgf/cm² 1 14,233 0,9807 28,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665
lbf/pol² 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 70329 6,895
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 H2O 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
mmH2O 0,000099 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
H2O à 60ºF
Hg à 32ºF
TABELA PARA CONVERSÃO DE
UNIDADES DE PRESSÃO
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
PRESSÃO ATMOSFÉRICA
É a pressão exercida pela
camada de ar sobre a
superfície terrestre.Ao nível
do mar esta pressão é
aproximadamente de 760
mmHg.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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
PRESSÃO
MANOMÉTRICA
É a pressão medida em
relação à pressão
atmosférica, tomada
como unidade de
referência.
Ela pode ser chamada de
pressão relativa positiva
ou pressão relativa
negativa.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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
PRESSÃO RELATIVA
NEGATIVA OU VÁCUO
É quando um sistema tem
pressão relativa menor que a
pressão atmosférica.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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
P1 - P2 = ρ * h
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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
A * h1 = a * h2 ∴ h1 = a/A * h2
P1 - P2 = ρ * h2 *(1 + a/A )
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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).
P1 - P2 = ρ * L *(a/A + senα)
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Manômetro Tubo Bourdon
O Tubo de Bourdon consiste 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 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
de engrenagens é transmitido a um
ponteiro que irá indicar uma medida
de pressão em uma escala
graduada.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
MEDIMEDIÇÇÃOÃO
DEDE
PRESSÃOPRESSÃO
NONO
TUBULTUBULÃOÃO
SUPERIORSUPERIOR
DADA
CALDEIRACALDEIRA
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
MEDIMEDIÇÇÃOÃO
DE VDE VÁÁCUOCUO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
INSTALAÇÃO DE
MEDIDOR DE
PRESSÃO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
MANUTENÇÃO em Manômetro
Tubo Bourdon
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Manômetro Tubo
Bourdon
ELEMENTO
RECEPÇÃO DE
PRESSÃO
APLICAÇÃO /
RESTRIÇÃO
FAIXA DE
PRESSÃO (MÁX)
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 mmH2O
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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
mecanismo.
Pressão Atmosférica
O bourdon pode apresentar erro com a mudança
da pressão atmosférica, principalmente quando
ocorre a variação da temperatura ambiente.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Manômetro Tubo
Bourdon
Manômetro, Manovacuômetro e 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 intretavamentos elétricos 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.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
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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.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
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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;
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
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 Oxigênio.
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Máquina para calibração de
instrumentos de pressão
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Manômetro Tubo Bourdon
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MATERIAL COMPOSIÇÃO COEFICIENTE DE
ELASTICIDADE
FAIXA DE
UTILIZAÇÃO
Bronze
Alumibras
Aço Inox
Bronze Fosforoso
Cobre berílio
Liga de Aço
Cu 60 ~ 71 e Zn
Cu 76, Zn 22, 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
8
kgf/cm
2
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
~ 50
~ 700
700 ~
CLASSE EXATIDÃO
A4 0,10 % da faixa
A3 0,25 % da faixa
A2 0,50 % da faixa
A1 1,00 % da faixa
A 1,00 % na faixa de 25 a 75 % 2 % no restante da faixa
B 2,00 % na faixa de 25 a 75 % 3 % no restante da faixa
C 3,00 % na faixa de 25 a 75 % 4 % no restante da faixa
D 4,00 % na faixa de 25 a 75 % 5 % no restante da faixa
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
SELO PARA MANÔMETRO
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. Nesse caso, a solução é recorrer 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 é chamado de selagem), utilizada. Um com selagem líquida, utilizando um fluido líquido inerte
em contato com o Bourdon e que não se mistura com o fluido do processo.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Os amortecedores de
pulsação tem por finalidade
restringir a passagem do
fluido do processo até um
ponto ideal em que a
freqüência de pulsação se
torne nula ou quase nula.
Esse acessório é instalado 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 é essa porção
de líquido que irá ter
contato com o sensor
elástico do instrumento,
não permitindo que a
alta temperatura do
processo atinja
diretamente o mesmo.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
SUPRESSOR DE PRESSÃO
Esse acessório tem por finalidade proteger os manômetros de pressões que ultrapassem ocasionalmente,
as condições normais de operação. Ele é recomendável nesses casos para evitar ruptura do elemento de
pressão.
Seu bloqueio está relacionado 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 dará em qualquer valor inferior a 80% no caso de incrementos
rápidos de pressão.
Para manômetros com escala inferior a 3 kgf/cm2 seu bloqueio poderá situar-se em até 130% do valor da
escala
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Planilha do
Microsoft Excel
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Manômetro tipo Fole
Fole é um 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 à pressão é
limitada, é usada para baixa pressão
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Manômetro tipo Diafragma
Diafragma é um disco circular utilizado para medir pressões, geralmente de pequena
amplitude , bem como, para separar o fluido medido do mecanismo interno. É uma 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 haverá um deslocamento
do mesmo até um ponto onde a força da mola se equilibrará com a força elástica do
diafragma. Este deslocamento resultante é transmitido a um sistema com indicação
(ponteiro) que mostra a medição efetuada
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSORES PNEUMÁTICOS
Esses transmissores, pioneiros na instrumentação, possui um elemento de transferencia que
converte o sinal detectado pelo elemento receptor de pressão em um sinal de transmissão
pneumático. A faixa padrão de transmissão (pelo sistema internacional) é de 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/cm2 e 0,2 a1,0 bar.
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSORES ELETRÔNICOS
Os instrumentos de transmissão de sinal de pressão tem a
função de enviar informações à distância 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 já estudado
anteriormente (fole, diafragma, capsula, etc...) associados a
conversores cuja finalidade principal é transformar 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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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO INDUTIVO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE
PRESSÃO INDUTIVO
A pressão do processo, aplicada no elemento
metálico elástico (fole), movimenta/deforma-
o; este movimento é transmitido à barra de
força ou alavanca transmissora por
intermédio da lâmina de articulação. A barra
de força ou alavanca transmissora é aclopada
ao diafragma de selagem que também
funciona como seu ponto de apoio (pivô). Esta
força é transmitida 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 é amplificado e retificado
na unidade amplificadora, resultando no sinal
de saída do transmissor (4 a 20 mAcc). Este
sinal também é aplicado na bobina de
realimentação, aumentando a força para
equilíbrio do sistema.
Esta força age sobre o braço de rearme, em sentido contrário
à variação 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 é transmitido para um receptor eletrônico de
faixa compatível, seja para fins de indicação, registro ou
controle.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO
PIEZOELÉTRICO
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 é proporcional a
pressão aplicada, sendo então essa relação linear o que
facilita sua utilização. Outro fator importante para sua
utilização está no fato de se utilizar o efeito
piezoelétrico de semi-condutores, reduzindo assim o
tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão.
Cristais de turmalina, cerâmica Policristalina Sintética,
quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizado na sua
fabricação, porém o quartzo cultivado é o mais
empregado por apresentar características ideais de
elasticidade e linearidade.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE
PRESSÃO TIPO
PIEZORESISTIVO.
Este tipo de instrumento tem o
funcionamento de seu transdutor
baseado na variação de comprimento
e diâmetro, e, portanto, na variação
da resistência, que ocorre quando um
fio de resistência sofre uma
deformação elástica proveniente de
uma tensão mecânica gerada por uma
pressão. Neste tipo de instrumento,
a pressão do processo atua no
elemento mecânico elástico
(diafragma) que se
movimenta/deforma e, em
conseqüência, movimenta a alavanca
onde estão instalados os sensores
strain gage, esticando-os ou
comprimindo-os de acordo com a
pressão do processo e a disposição
que o fabricante tenha adotado para
sua instalação.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO
PIEZORESISTIVO
Tipos de sensores
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO
PIEZORESISTIVO.
Os sensores strain gage podem ser colados diretamente na superfície
do elemento elástico cuja deformação deve ser medida, ou podem ser
instalados entre um quadro fixo e uma armadura que se moverá em
função das variações de pressão e atuará deformando os sensores. O
strain gage colado, além de apresentar grande estabilidade, é mais
preciso e tem boa repetibilidade, por isto, esta é a forma mais utilizada
industrialmente.
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE
PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO.
Os sensores strain gage podem ser colados
diretamente na superfície do elemento
elástico cuja deformação deve ser medida, ou
podem ser instalados entre um quadro fixo e
uma armadura que se moverá em função das
variações de pressão e atuará deformando os
sensores. O strain gage colado, além de
apresentar grande estabilidade, é mais
preciso e tem boa repetibilidade, por isto,
esta é a forma mais utilizada industrialmente.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE
PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO.
Os strain gage (extensômetros) fazem parte
de uma ponte de Wheatstone, na qual se aplica
uma tensão, de forma que a pequena corrente
que circula pelas resistências ocasione uma
queda de tensão e a ponte se equilibre para
estas condições. Neste sistema, qualquer
variação na pressão do processo moverá o
diafragma metálico, que, por sua vez, variará a
posição da alavanca e, em conseqüência,
variará a resistência dos sensores strain gage,
desequilibrando a ponte e fazendo variar o
sinal de saída do instrumento (4 a 20 mAcc).
Na ponte com dois braços ativos, o elemento
sensor que funciona como medidor fica
montado na parte deformada do dispositivo,
enquanto o elemento utilizado para
comparação fica montado na parte não
deformada. Com este arranjo, obtém-se a
compensação da expansão térmica dos
suportes e da modificação da resistência dos
elementos, em conseqüência da alteração de
temperatura.
Na ponte com quatro braços ativos, dois elementos
sensores são montados de modo a serem tensionados pelo
aumento de pressão e os outros dois são montados em
compressão, ou sem qualquer tensão. Esta configuração
aumenta a sensibilidade do transdutor e mantém a
característica de compensação de temperatura.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO.
Além do sistema baseado no sensor extensométrico do tipo fio resistivo, foi
desenvolvido mais recentemente um outro sistema que utiliza semicondutores no
elemento ativo do sensor extensométrico. Neste caso, a cápsula sensora é fabricada
como um circuito integrado por difusão de boro num substrato de silício. Esta
tecnologia permite uma mecanização na fabricação dos sensores dos transmissores
de pressão do tipo extensométrico e sua produção em série, dando-lhes maior
precisão e aumentando sua confiabilidade.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO CAPACITIVO
Este tipo de instrumento tem seu funcionamento baseado na variação de capacitância que se introduz
em um capacitor quando se desloca uma de suas placas em conseqüência de aplicação de pressão. Neste
instrumento, a pressão de processo é transmitida através do movimento/deslocamento do elemento
mecânico elástico (diafragma isolador), cujo interior é cheio de óleo ou silicone, para o diafragma sensor
localizado no centro da célula. A pressão atmosférica de referência é transmitida da mesma maneira
pelo segundo diafragma isolador para o outro lado do diafragma sensor. O deslocamento do diafragma
sensor (o movimento máximo é da ordem de 0,004 polegada) é proporcional ao diferencial de pressão
aplicado sobre ele e que, por sua vez, variará em função da pressão aplicada nos diafragmas isoladores.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
MEDIÇÃO DE
PRESSÃO NO
COLETOR DE VAPOR
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/the-boiler-
house/water-tube-boilers.asp
CALDEIRA (GERADOR
DE VAPOR)
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO
CAPACITIVO
A posição do diafragma sensor (placa móvel) é detectada
pelas placas do capacitor colocadas nos dois lados do
diafragma sensor. O valor da capacitância diferencial
existente entre o diafragma sensor e as placas do
capacitor (aproximadamente 150 pf) é convertido
eletronicamente, resultando no sinal de saída do
transmissor (4 a 20 mAcc), que é transmitido para um
receptor eletrônico para fins de indicação, registro e/ou
controle.
CÉLULA CAPACITIVA
CONVENCIONAL
Sensing
Diaphragm
Rigid
Insulation
Capacitor
Plates
Isolating
Diaphragm
Fill Fluid
Lead Wires
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO
CAPACITIVO
O sensor é formado pelos seguintes componentes :
- Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de
vidro fundido
- Dielétrico formado pelo óleo de enchimento (silicone
ou fluorlube)
- Armadura móvel (diafragma sensor)
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO
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
de uma das armaduras do capacitor. Tal
deformação altera o valor da capacitância total,
que é medida por um circuito eletrônico.
Esta montagem, se por um lado elimina os
problemas mecânicos das partes móveis, expõe
a célula capacitiva às rudes condições do
processo, principalmente à temperatura do
processo. Esse inconveniente pode ser superado
através de circuitos sensíveis à temperatura
montados juntos ao sensor. Outra
característica inerente à montagem é a falta de
linearidade entre a capacitância e a distância
das armaduras devido à deformação não linear,
sendo necessário, portanto, uma compensação
(linearização) a cargo do circuito eletrônico.
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Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO CAPACITIVO
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
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
Capacitance
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO SILÍCIO RESSONANTE
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
PRESSOSTATO
É constituído em geral por um
sensor, um mecanismo de ajuste de
set-point e uma chave de duas
posições (aberto ou fechado).
Como elemento sensor, pode-se
utilizar qualquer um dos tipos já
estudado, sendo o mais utilizado
nas diversas aplicações o
diafragma.
Como mecanismo de ajuste de set-
point 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.
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.
INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO
Eng. Marcelo Saraiva Coelho
INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
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PRESSOSTATO NA
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  • 2. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Como medir a pressão do vapor gerado por uma caldeira?
  • 3. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Kgf/cm² lbf/pol² BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O kpa Kgf/cm² 1 14,233 0,9807 28,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665 lbf/pol² 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 70329 6,895 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 H2O 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 mmH2O 0,000099 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 H2O à 60ºF Hg à 32ºF TABELA PARA CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO
  • 4. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO PRESSÃO ATMOSFÉRICA É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre.Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.
  • 5. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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 PRESSÃO MANOMÉTRICA É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência. Ela pode ser chamada de pressão relativa positiva ou pressão relativa negativa.
  • 6. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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 PRESSÃO RELATIVA NEGATIVA OU VÁCUO É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.
  • 7. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
  • 8. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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.
  • 9. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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 P1 - P2 = ρ * h
  • 10. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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 A * h1 = a * h2 ∴ h1 = a/A * h2 P1 - P2 = ρ * h2 *(1 + a/A )
  • 11. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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). P1 - P2 = ρ * L *(a/A + senα)
  • 12. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro Tubo Bourdon O Tubo de Bourdon consiste 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 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 de engrenagens é transmitido a um ponteiro que irá indicar uma medida de pressão em uma escala graduada.
  • 13. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO MEDIMEDIÇÇÃOÃO DEDE PRESSÃOPRESSÃO NONO TUBULTUBULÃOÃO SUPERIORSUPERIOR DADA CALDEIRACALDEIRA
  • 14. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO MEDIMEDIÇÇÃOÃO DE VDE VÁÁCUOCUO
  • 15. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO INSTALAÇÃO DE MEDIDOR DE PRESSÃO
  • 16. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO MANUTENÇÃO em Manômetro Tubo Bourdon
  • 17. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro Tubo Bourdon ELEMENTO RECEPÇÃO DE PRESSÃO APLICAÇÃO / RESTRIÇÃO FAIXA DE PRESSÃO (MÁX) 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 mmH2O
  • 18. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho 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 mecanismo. Pressão Atmosférica O bourdon pode apresentar erro com a mudança da pressão atmosférica, principalmente quando ocorre a variação da temperatura ambiente.
  • 19. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro Tubo Bourdon Manômetro, Manovacuômetro e 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 intretavamentos elétricos 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.
  • 20. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho 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.
  • 21. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO 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
  • 22. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho 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; INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
  • 23. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho 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 Oxigênio. INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
  • 24. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Máquina para calibração de instrumentos de pressão
  • 25. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro Tubo Bourdon
  • 26. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho MATERIAL COMPOSIÇÃO COEFICIENTE DE ELASTICIDADE FAIXA DE UTILIZAÇÃO Bronze Alumibras Aço Inox Bronze Fosforoso Cobre berílio Liga de Aço Cu 60 ~ 71 e Zn Cu 76, Zn 22, 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 8 kgf/cm 2 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 ~ 50 ~ 700 700 ~ CLASSE EXATIDÃO A4 0,10 % da faixa A3 0,25 % da faixa A2 0,50 % da faixa A1 1,00 % da faixa A 1,00 % na faixa de 25 a 75 % 2 % no restante da faixa B 2,00 % na faixa de 25 a 75 % 3 % no restante da faixa C 3,00 % na faixa de 25 a 75 % 4 % no restante da faixa D 4,00 % na faixa de 25 a 75 % 5 % no restante da faixa INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO
  • 27. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO SELO PARA MANÔMETRO 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. Nesse caso, a solução é recorrer 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 é chamado de selagem), utilizada. Um com selagem líquida, utilizando um fluido líquido inerte em contato com o Bourdon e que não se mistura com o fluido do processo.
  • 28. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Os amortecedores de pulsação tem por finalidade restringir a passagem do fluido do processo até um ponto ideal em que a freqüência de pulsação se torne nula ou quase nula. Esse acessório é instalado 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 é essa porção de líquido que irá ter contato com o sensor elástico do instrumento, não permitindo que a alta temperatura do processo atinja diretamente o mesmo.
  • 29. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO SUPRESSOR DE PRESSÃO Esse acessório tem por finalidade proteger os manômetros de pressões que ultrapassem ocasionalmente, as condições normais de operação. Ele é recomendável nesses casos para evitar ruptura do elemento de pressão. Seu bloqueio está relacionado 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 dará em qualquer valor inferior a 80% no caso de incrementos rápidos de pressão. Para manômetros com escala inferior a 3 kgf/cm2 seu bloqueio poderá situar-se em até 130% do valor da escala
  • 30. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Planilha do Microsoft Excel
  • 31. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro tipo Fole Fole é um 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 à pressão é limitada, é usada para baixa pressão
  • 32. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Manômetro tipo Diafragma Diafragma é um disco circular utilizado para medir pressões, geralmente de pequena amplitude , bem como, para separar o fluido medido do mecanismo interno. É uma 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 haverá um deslocamento do mesmo até um ponto onde a força da mola se equilibrará com a força elástica do diafragma. Este deslocamento resultante é transmitido a um sistema com indicação (ponteiro) que mostra a medição efetuada
  • 33. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSORES PNEUMÁTICOS Esses transmissores, pioneiros na instrumentação, possui um elemento de transferencia que converte o sinal detectado pelo elemento receptor de pressão em um sinal de transmissão pneumático. A faixa padrão de transmissão (pelo sistema internacional) é de 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/cm2 e 0,2 a1,0 bar.
  • 34. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSORES ELETRÔNICOS Os instrumentos de transmissão de sinal de pressão tem a função de enviar informações à distância 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 já estudado anteriormente (fole, diafragma, capsula, etc...) associados a conversores cuja finalidade principal é transformar 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
  • 35. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO INDUTIVO
  • 36. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO INDUTIVO A pressão do processo, aplicada no elemento metálico elástico (fole), movimenta/deforma- o; este movimento é transmitido à barra de força ou alavanca transmissora por intermédio da lâmina de articulação. A barra de força ou alavanca transmissora é aclopada ao diafragma de selagem que também funciona como seu ponto de apoio (pivô). Esta força é transmitida 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 é amplificado e retificado na unidade amplificadora, resultando no sinal de saída do transmissor (4 a 20 mAcc). Este sinal também é aplicado na bobina de realimentação, aumentando a força para equilíbrio do sistema. Esta força age sobre o braço de rearme, em sentido contrário à variação 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 é transmitido para um receptor eletrônico de faixa compatível, seja para fins de indicação, registro ou controle.
  • 37. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZOELÉTRICO 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 é proporcional a pressão aplicada, sendo então essa relação linear o que facilita sua utilização. Outro fator importante para sua utilização está no fato de se utilizar o efeito piezoelétrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão. Cristais de turmalina, cerâmica Policristalina Sintética, quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizado na sua fabricação, porém o quartzo cultivado é o mais empregado por apresentar características ideais de elasticidade e linearidade.
  • 38. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO. Este tipo de instrumento tem o funcionamento de seu transdutor baseado na variação de comprimento e diâmetro, e, portanto, na variação da resistência, que ocorre quando um fio de resistência sofre uma deformação elástica proveniente de uma tensão mecânica gerada por uma pressão. Neste tipo de instrumento, a pressão do processo atua no elemento mecânico elástico (diafragma) que se movimenta/deforma e, em conseqüência, movimenta a alavanca onde estão instalados os sensores strain gage, esticando-os ou comprimindo-os de acordo com a pressão do processo e a disposição que o fabricante tenha adotado para sua instalação.
  • 39. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO Tipos de sensores TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO. Os sensores strain gage podem ser colados diretamente na superfície do elemento elástico cuja deformação deve ser medida, ou podem ser instalados entre um quadro fixo e uma armadura que se moverá em função das variações de pressão e atuará deformando os sensores. O strain gage colado, além de apresentar grande estabilidade, é mais preciso e tem boa repetibilidade, por isto, esta é a forma mais utilizada industrialmente.
  • 40. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO. Os sensores strain gage podem ser colados diretamente na superfície do elemento elástico cuja deformação deve ser medida, ou podem ser instalados entre um quadro fixo e uma armadura que se moverá em função das variações de pressão e atuará deformando os sensores. O strain gage colado, além de apresentar grande estabilidade, é mais preciso e tem boa repetibilidade, por isto, esta é a forma mais utilizada industrialmente.
  • 41. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO. Os strain gage (extensômetros) fazem parte de uma ponte de Wheatstone, na qual se aplica uma tensão, de forma que a pequena corrente que circula pelas resistências ocasione uma queda de tensão e a ponte se equilibre para estas condições. Neste sistema, qualquer variação na pressão do processo moverá o diafragma metálico, que, por sua vez, variará a posição da alavanca e, em conseqüência, variará a resistência dos sensores strain gage, desequilibrando a ponte e fazendo variar o sinal de saída do instrumento (4 a 20 mAcc). Na ponte com dois braços ativos, o elemento sensor que funciona como medidor fica montado na parte deformada do dispositivo, enquanto o elemento utilizado para comparação fica montado na parte não deformada. Com este arranjo, obtém-se a compensação da expansão térmica dos suportes e da modificação da resistência dos elementos, em conseqüência da alteração de temperatura. Na ponte com quatro braços ativos, dois elementos sensores são montados de modo a serem tensionados pelo aumento de pressão e os outros dois são montados em compressão, ou sem qualquer tensão. Esta configuração aumenta a sensibilidade do transdutor e mantém a característica de compensação de temperatura.
  • 42. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO PIEZORESISTIVO. Além do sistema baseado no sensor extensométrico do tipo fio resistivo, foi desenvolvido mais recentemente um outro sistema que utiliza semicondutores no elemento ativo do sensor extensométrico. Neste caso, a cápsula sensora é fabricada como um circuito integrado por difusão de boro num substrato de silício. Esta tecnologia permite uma mecanização na fabricação dos sensores dos transmissores de pressão do tipo extensométrico e sua produção em série, dando-lhes maior precisão e aumentando sua confiabilidade.
  • 43. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO CAPACITIVO Este tipo de instrumento tem seu funcionamento baseado na variação de capacitância que se introduz em um capacitor quando se desloca uma de suas placas em conseqüência de aplicação de pressão. Neste instrumento, a pressão de processo é transmitida através do movimento/deslocamento do elemento mecânico elástico (diafragma isolador), cujo interior é cheio de óleo ou silicone, para o diafragma sensor localizado no centro da célula. A pressão atmosférica de referência é transmitida da mesma maneira pelo segundo diafragma isolador para o outro lado do diafragma sensor. O deslocamento do diafragma sensor (o movimento máximo é da ordem de 0,004 polegada) é proporcional ao diferencial de pressão aplicado sobre ele e que, por sua vez, variará em função da pressão aplicada nos diafragmas isoladores.
  • 44. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO MEDIÇÃO DE PRESSÃO NO COLETOR DE VAPOR
  • 45. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/the-boiler- house/water-tube-boilers.asp CALDEIRA (GERADOR DE VAPOR)
  • 46. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO CAPACITIVO A posição do diafragma sensor (placa móvel) é detectada pelas placas do capacitor colocadas nos dois lados do diafragma sensor. O valor da capacitância diferencial existente entre o diafragma sensor e as placas do capacitor (aproximadamente 150 pf) é convertido eletronicamente, resultando no sinal de saída do transmissor (4 a 20 mAcc), que é transmitido para um receptor eletrônico para fins de indicação, registro e/ou controle. CÉLULA CAPACITIVA CONVENCIONAL Sensing Diaphragm Rigid Insulation Capacitor Plates Isolating Diaphragm Fill Fluid Lead Wires
  • 47. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO CAPACITIVO O sensor é formado pelos seguintes componentes : - Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido - Dielétrico formado pelo óleo de enchimento (silicone ou fluorlube) - Armadura móvel (diafragma sensor) TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO 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 de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total, que é medida por um circuito eletrônico. Esta montagem, se por um lado elimina os problemas mecânicos das partes móveis, expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente à temperatura do processo. Esse inconveniente pode ser superado através de circuitos sensíveis à temperatura montados juntos ao sensor. Outra característica inerente à montagem é a falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras devido à deformação não linear, sendo necessário, portanto, uma compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico.
  • 48. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO CAPACITIVO 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
  • 49. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO Capacitance Sensor Sensor Board with Module Memory Coplanar™ Isolators CÉLULA CAPACITIVA COPLANAR
  • 50. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO SILÍCIO RESSONANTE
  • 51. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO SILÍCIO RESSONANTE
  • 52. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO SILÍCIO RESSONANTE
  • 53. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO TRANSMISSOR ELETRÔNICO DE PRESSÃO TIPO SILÍCIO RESSONANTE
  • 54. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO PRESSOSTATO É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave de duas posições (aberto ou fechado). Como elemento sensor, pode-se utilizar qualquer um dos tipos já estudado, sendo o mais utilizado nas diversas aplicações o diafragma. Como mecanismo de ajuste de set- point 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. 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.
  • 55. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO INSTALAÇÃO DO PRESSOSTATO NA LINHA DE ÁGUA BRUTA
  • 56. INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO Eng. Marcelo Saraiva Coelho INSTRUMENTAÇÃO - PRESSÃO INSTALAÇÃO DO PRESSOSTATO NA LINHA DE ÁGUA BRUTA