Medição de Pressão: Tubos Bourdon, Manômetros e Sensores Elétricos, Notas de estudo de Construção

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Aula 3 – Instrumentos de Pressão

Prof. Gerônimo

Instrumentos para medir Pressão

• As variáveis mais encontradas nas plantas

de processos são: pressão, temperatura,

vazão e nível.

• Estudando instrumentos de Pressão:
• Pressão é força por unidade de área:

P = F/A.

• Unidades: kgf/cm^2 , psi, N/m^2 (Pa – Pascal).
• A pressão também pode ser representada

por alturas de colunas líquidas, tais como:

cmH 2 O, mmHg, INH 2 O, INHg.

• Pressão atmosférica: É a pressão exercida sobre os corpos na superfície da Terra como resultado do peso das camadas do ar da atmosfera. Ao nível do mar, a pressão equivale a 760 mmHg absolutos, 14,7 psia ou 1 bar.
• Vácuo: É a pressão absoluta menor do que a pressão atmosférica. O vácuo é uma pressão relativa negativa. O vácuo perfeito consiste no zero absoluto e indica ausência completa de pressão.

Sensores e medidores baseados na

deformação elástica dos materiais

• Existem sensores de pressão que utilizam a propriedade de deformação elástica dos materiais quando submetidos a uma força mecânica. Os sensores baseados neste princípio são os tubos Bourdon, e suas variações, em forma de espiral e hélice, para pressões altas, foles e diafragma para pressões baixas.
• Na atualidade, os instrumentos

que utilizam estes princípios são

os indicadores locais (campo) de

pressão, chamados de manômetros.

Vantagens: Baixo custo (compra ou manutenção), funcionamento simples, fácil instalação e fabrica-se no Brasil.

Desvantagens: Indicação da variável somente no campo, com selos é muito sensível a choques.

Medidor de pressão (manômetro)

De forma a isolar o fluído do processo para não ter contato com o tubo C (não entrar no tubo), utilizam-se selos sanitários com glicerina ou silicone para transmitir a pressão.

Tipos de conexões

Sensor e Transmissor Baseado na

Capacitância Elétrica

• O sensor de pressão mais utilizado, hoje, na construção de transmissores é a célula capacitiva , ou dP cell.
• Ela é composta por uma câmara de alta e outra de baixa pressão que se movem o diafragma central fazendo variar a capacitância diferencial formada pelo diafragma e as duas placas metálicas isoladas por óleo. A variação desta capacitância em alguns pico-farads é aproveitada, então para a construção do transmi- ssor de pressão.

Sensor de pressão capacitivo Smar

Através da modulação e demodulação de uma onda pelos circuitos eletrônicos, obtém-se o sinal desejado na saída do transmissor. O sinal de saída, que tradicionalmente era modulado entre a 20 mA, atualmente tende a padrão utilizado para comunicação digital, o Fiedbus. Nestes transmissores, a variação de frequência é proporcional à variação da capacitância da célula capacitiva e o sinal é convertido diretamente em sinal digital, evitando-se imprecisões de uma conversão analógica/digital. Por serem instrumentos digitais micro processados, também é possível fazer uma compensação de temperatura e se utilizar uma tabela EEPROM contendo os dados de calibração do sensor, conferindo maior precisão ao instrumento.

Medidores de pressão Smar

O Selo Remoto

Medidores de pressão Piezoelétricos

Sensor baseado em condutores elétricos distendidos (Strain gage) - Piezorresistivo

• Estes sensores estão baseados no princípio da variação da resistência elétrica de um condutor elétrico com o aumento do seu comprimento. A variação do comprimento do condutor é obtida pelo aumento da pressão em seu corpo. Para que isso seja possível, são construídos sensores muito delgados, com técnicas de filmes finos e semicondutores, dispondo-se os condutores de forma a se ter um grande comprimento. A resistência elétrica obtida é introduzida em uma ponte de Wheststone, onde sua variação é aproveitada para a obtenção do sinal proporcional à pressão que se que medir. Sensores deste tipo se aplicam células de carga ou em transmissores de pressão para medição de grandes pressões manométricas.

Exercícios:

1. Descreva o princípio de funcionamento dos sensores de pressão, manômetros, tubo Boudon C.
2. Qual a função do selo sanitário e dos sifões nos manômetros. Explique as vantagens.
3. Descreva o princípio de funcionamento dos sensores baseados na capacitância elétrica (célula capacitiva)
4. Descreva o princípio de funcionamento dos sensores de pressão baseados em condutores elétricos distendidos (Strain gage).
5. Compare as vantagens e desvantagens dos sensores de pressão tipo Tubo de Bourdon C e célula capacitiva.