Cap2

Universidade Federal de Itajubá
Engenharia Elétrica

INSTRUMENTAÇÃO Ã
Medição de
Medição de
Pressão

Prof. Roger J. Campos
http://www.cpdee.ufmg.br/~roger

Medição de Pressão

→ É o mais importante padrão de medida pois as medidas
É o mais importante padrão de medida pois as medidas
de vazão, nível, etc, podem ser feitas utilizando‐se esse
processo!


→ Pressão pode ser definida como força aplicada na
direção perpendicular por unidade de área:
ç p p p

→ No SI:

F → Newton [N]
A → metro quadrado [m2]
q [
P → Pascal [Pa]


Tab. 01 – Relação de unidades de pressão.


→ Exemplo de aplicação do conceito de pressão:

Compare a pressão exercida, sobre o solo, por uma pessoa
com massa de 80 kg, apoiada na ponta de um único pé,
g p p p
com a pressão produzida por um elefante, de 2.000 kg de
massa, apoiado nas quatro patas. Considere de 10 cm2 a
p q p
área de contato da ponta do pé da pessoa, e de 400 cm2 a
área de contato de cada pata do elefante. Considere
p
também g = 10 m/s2 .


→ Exemplo de aplicação do conceito de pressão:

→ Comparando as duas pressões, temos que a pressão
exercida pela pessoa é 6,4 vezes a pressão exercida pelo
exercida pela pessoa é 6,4 vezes a pressão exercida pelo
elefante.


→ Aplicação dos medidores de pressão:
1.
1 processo moderno de síntese no campo da química e
dos plásticos, que operam sobre pressões
extremamente elevadas
elevadas;

2.
2 eletro de posição de metais que é feita sobre alto
metais,
vácuo;

3. processos na indústria de alimentação, que operam
sobre pressões elevadas para reduzir o tempo de
cozimento;


4. evaporadores, que são mais eficientes quando
trabalham sob condições de alto vácuo;

5. processos de lançamento de foguetes e mísseis, que
exigem medições de pressão e vácuo;

6. torres de destilação, que exigem medição e controle
de pressão absoluta com valores exatos;

7. nos navios; tem‐se medição da pressão da caldeira,
vácuo d b b pressão d injeção d combustível,
á das bombas, de de b í l
pressão do ar de lavagem, etc.


→ Definições de pressão :


Fig. 01 – Ilustração das definições de pressão.

Dispositivos para Medição de Pressão

→ Manômetro é o nome genérico dos dispositivos
medidores de pressão. Estes podem ser mecânicos,
p p
eletromecânicos, elétricos ou eletrônicos.

→ Os manômetros são calibrados para ler zero de pressão
atmosférica.

→ Os manômetros não medem a pressão total ou efetiva
p
do fluido num reservatório ou numa tubulação; o que eles
medem é a diferença de pressão entre a pressão total do
fluido e a pressão atmosférica.

Dispositivos para Medição de Pressão

Fig. 02 – Manômetro.

Manômetro de Coluna Líquida
tipo coluna em U
tipo coluna em “U”

→ É o medidor mais simples para b
dd l baixa pressão.

→ Faixa d medição: 0 a 2000 mmH2O/mmHg
de d ã /

Fig. 03 – Manômetro de tubo em “ U “ Fig. 04 – Manômetro de tubo em “ U “
– para medição de pressão absoluta. – para medição de pressão diferencial.

Manômetro de Coluna Líquida em “U”

→ Um dos ramos do tubo é ligado ao lugar do qual se
deseja saber o valor da pressão.
j p

→ Essa pressão age sobre o líquido, fazendo‐o descer em
p g q
um dos ramos do tubo e, conseqüentemente, subir no
outro ramo.

→ A altura do líquido deslocado fornece, por meio da
q p
escala graduada, uma indicação direta da pressão
diferencial.

Manômetro de Coluna Líquida em “L”

→ Essa construção possibilita que a mínima mudança de
p
pressão do fluido provoque uma mudança muito grande
p q ç g
no nível da coluna líquida do manômetro.

Fig. 05 – Manômetro em “L” inclinado.

Manômetro de Coluna Líquida

→ Os manômetros de líquido foram utilizados na medição
de pressão, nível e vazão nos primórdios da
p p
instrumentação.

→ Porém, é nos laboratórios de calibração que ainda
encontra‐se sua grande utilização, pois podem ser
g ç p p
tratados como padrões.

Barômetro

→ O barômetro é um tipo especial de manômetro que
p
permite medir a pressão atmosférica/absoluta;
p

→ Muito empregado na meteorologia.
p g g

→ Usado para previsão de tempo e medição de altitude.
p p p ç

Barômetro de Mercúrio

→ Inventado por Torricelli em 1643.

→ A altura que o mercúrio alcança no tubo representa a
p
pressão absoluta da atmosfera na hora e local de medição.
ç

Fig. 06 – Barômetro de mercúrio ou cisterna.

Manômetros por deformação mecânica
(elástica)

“As deformações são diretamente proporcionais às
tensões que as produzem”, ou seja, a deflexão do
q p j
elemento elástico e o movimento resultante são
p p
proporcionais à pressão aplicada.
p p

Fig. 07 – Tipos de medidores de pressão por deformação mecânica:
bourdon, diafragma e fole.

Tubo de Bourdon

Fig. 09 – Formas do Tubo de Bourdon: C, espiral e helicoidal.

Tubo de Bourdon

Fig. 08 – Tubo de Bourdon: C e helicoidal.

Tubo de Bourdon

→ Consiste geralmente de um tubo com uma extremidade
fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida.
p

→ Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a
p g
tomar uma seção circular resultando um movimento em
sua extremidade fechada.

→ Esse movimento através da engrenagem é transmitido
g g
a um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.

Tubo de Bourdon

→ Faixa de operação: até 1000 kg/cm2.

Membrana ou Diafragma

→ Quando uma pressão é aplicada a membrana se
aplicada,
desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão
aplicada.
aplicada

Fig. 10 – Membrana ou Diafragma.

Fole

→ Quando uma pressão é aplicada no interior do fole fole,
provoca sua distensão, e como ela tem que vencer a
flexibilidade do material e a força de oposição da mola o
mola,
deslocamento é proporcional na pressão aplicada na parte
interna.
interna

Fig. 11 – Fole.

Medidor de Pressão do tipo Capacitivo

Fig. 12 – Sensor de pressão tipo capacitivo.

Medidor de Pressão do tipo Capacitivo

→ O sensor de pressão capacitivo utiliza um diafragma
dielétrico e duas placas metálicas. Quando há uma
diferença de pressão através do conjunto o diafragma se
conjunto,
deforma alterando a distância entre as placas e,
consequentemente,
consequentemente modificando a capacitância do
circuito.
→ A desvantagem é que a célula fica exposta a condições
rudes do processo (temperatura).

→ Faixa de operação: 10‐3 a 107 Pa.

Medidor de Pressão do tipo Strain Gauge –
Piezoresistivo

→ Baseia se no princípio físico da alteração da resistência
Baseia‐se
elétrica:

Fig. 13 – Ponte de Wheatstone montada em um transdutor Piezoresistivo.

Medidor de Pressão do tipo Piezoelétrico

→ Os sensores piezoelétricos medem a pressão através da
deformação de cristais piezoelétricos, os quais geram uma
diferença de potencial ou carga eletrostática quando
tencionados/pressionados ao longo de planos específicos
de tensões
tensões.

→ O material mais utilizado é quartzo
quartzo.

→ Faixa de operação: 0 1 a 5000 Kg/cm2.
0,1

Medidor de Pressão do tipo Piezoelétrico

V

Fig. 14 – Sensor de pressão piezoelétrico.

Medidor de Pressão de Indutância Variável

→ O transdutor de indutância variável utiliza uma bobina
primária, uma secundária e um núcleo magnético que
localiza‐se
localiza se entre as duas bobinas
bobinas.

→ O núcleo é conectado a um sensor de pressão (p e
(p.e.
diafragma) e quando ocorre uma variação da pressão,
este núcleo se movimenta e altera o número de espiras
induzidas, variando consequentemente a voltagem de
saída do circuito
circuito.


Fig. 15 – Transdutor de Indutância Variável.


→ O tipo mais comum é o LVDT (transformador diferencial
linear variavel).

→Vantagens:

1. não possui partes móveis (não há atrito entre as
partes móveis);
2. possibilita o monitoramento contínuo da pressão;
3.
3 consegue indicar uma alteração da pressão com
uma pequena deflexão do diafragma/fole, e
4.
4 tem resposta linear para pequenos deslocamentos
deslocamentos.

Medidor de Pressão de Relutância Variável

→ Utilizam um diafragma que ao movimentar se altera a
movimentar‐se
relutância (intensidade do fluxo do campo magnético) do
circuito magnético ee,


Fig. 15 – Transdutor de Relutância Variável.


→ Vantagens
Vantagens:

1. tem grande capacidade para suportar choques e
condições severas de vibração mecânica;
2. pode operar com grande faixas de pressão, e
3. tem boa precisão no sinal de saída.

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