INTRUMENTAÇÃO MEDIÇÃO DE PRESSÃO
Objetivo Formas de medição: Importância: Ainda, Estabilidade operacional Monitorar ou controlar o estado de um processo Segurança Qualidade Formas de medição: Direta ou indiretamente Importância: Inferir também medidas de outras variáveis: Vazão, Nível Temperatura. Condução de sinal e transdutores Ainda,
Sistema baseado no equilíbrio de uma coluna líquida Medidas de pressão Absoluta – Acima do 0 ( zero absoluto) - vácuo Atmosférica ou barométrica Manométrica Estática Pressão de velocidade, Hidrostática Sistema baseado no equilíbrio de uma coluna líquida Tubo em “U” Constitui-se de um duto curvado em forma de “U” Tendo uma das extremidades ligadas ao ponto onde se deseja medir a pressão e a outra, normalmente aberta para o ambiente (manométrica) ou então ligada a outro ambiente com pressão distinta daquela da outra extremidade (pressão diferencial).
Princípio - hg Variantes do tubo em U Precisão satisfatória Fluido usual : mercúrio ou água Precisão satisfatória Inconveniente fragilidade Range 2 – 2,5 kgf Erros : causados pela temperatura, leitura. Variantes do tubo em U
1 - Bourdon Tipos - configuração Dispositivos mecânicos empregados em sensores de pressão 1 - Bourdon “manômetro de mola” Utilizam elementos com memória (flexíveis), que se deformam quando submetidos a esforços mecânicos, restabelecendo suas configurações originais depois de cessadas as forças. Range de operação – 50 até 10000 psig, Tipos - configuração Tipo C –arco aberto Espiral plana Helicoidal -mola (maior grau de movimentação)
Manômetros de bourdon- disposições construtivas Tipo C Helicoidal Manômetro duplo com relê - Alarme de contato Pressão positiva vácuo Manômetro diferencial vacuomanômetro
Material de construção: Bronze (Cu/Zn) Bronze fosforoso ( Sn +P) Alumibras (Cu, Zn e Al), Baixa pressão ( 50 kgf/cm2) Aço inox Aços liga (Mo) Cobre berílho (Be +Co) Alta pressão 700 kgf/cm2 Precisão nominal 2%, podendo chegar a 1% da máxima indicação ou mesmo 0,05 % (dispositivos especiais), para operação em faixa estreita do span Faixa recomendável para leitura Máximo 70 % da escala Processo com muita oscilação 50% da escala Obs: 5 % da faixa inicial imprecisa
Dispositivos acessórios empregados associados às instalações de manômetros de bourdon Válvulas de bloqueio e de dreno Sifão Recomendado quando a temperatura (˃ 60º C) supera a capacidade de operação (soldas) do instrumento (manômetros, pressostatos e transmissores). Serpentina de resfriamento Dissipação de calor , minimizar vibração Amortecedor de pulsação (variações bruscas de pressão) Em instrumentos ligados à linhas pulsantes. Restringem a passagem do fluido, equalizando a freqüência de pulsação permitindo assim leitura estável. Reduz em conseqüência manutenção e aferições freqüentes.
Dispositivos acessórios empregados associados às instalações de manômetros de bourdon Selagem (diafragma ou selo líquido) Absorvem pulsações, mas particularmente isolam o dispositivo elástico (burdon) do contato com o fluido de processo. Supressor de pressão Protege o equipamento de sobrecarga de pressão. Possui um sistema interno de molas e um orifício retificado através do qual ajusta-se um pistão. O incremento de pressão é bloqueado por um sistema de anel e camisa que fecha a passagem para o instrumento.
Selo diafragma serpentinas Selagem tipo sifão Válvula de bloqueio manômetro Controlador de pressão (supressor) Absorvedor de pulsação Do processo Válvula de bloqueio - dreno amortecedor Pote de selagem
Supressor de pressão
2 - Foles Precisão até 0,5 % Configurações: Fole livre Elemento sanfonado “elástico” empregado quando a faixa de medição opere entre pressão reduzida a pressão positiva. (até 50psig) Precisão até 0,5 % Configurações: Fole livre Com mola de retorno Duplo fole Conjugado, mede pressão diferencial Material de construção Latão - para pressões reduzidas e vácuo (uso de mola de retorno). Neste caso normalmente constituído de dois foles. Inox – uso mais geral, outros materiais: bronze fosforoso, cobre/berílio, monel, hasteloy, etc.
Fole simples Diafragma Duplo diafragma
3 - Diafragmas / Cápsulas Princípio similar ao fole, porém o elemento flexível constitui-se de placa plana ou disco corrugado concêntrico. Da mesma forma que o fole, pode trabalhar conjugado a uma mola espiral. Características - Tipos Singular - um único diafragma Capsular composto de duplos diafragmas selados, convexos ou paralelos (nested). Vantagens do dispositivo capsular maior curso da haste Material de construção monel, bronze fosforoso, inconel, inox 316, tântalo, viton, couro, tecido plastificado, etc.
Dispositivos eletromecânicos empregados em sensores de pressão Strain gages (gauge) Baseia-se em deformações elásticas em determinados materiais, que em conseqüência manifestam-se com sinais elétricos, ou mudam suas características elétricas quando sujeitos a estas deformações. Podem estar ou não diretamente ligados à superfície sujeita a deformação Range de aplicação Desde pressões reduzidas até 150 000 psi Precisão 0,1 a 0,25 % Sinais nestes dispositivos normalmente são combinados a um transdutor elétrico.
Tipos : Resistivos Precisão Pressão Piezoresistivos Vantagens: Baseia-se na variação da resistência ohmica com a variação da secção/comprimento do condutor. Precisão 0,25 % Pressão até 150000 psi Piezoresistivos Strain gage resistivo Funcionamento idêntico aos de resistência de fio apenas que empregam semicondutores de sílica. Nestes sensores aplica-se compressão ou torção. São cerca de 100 vezes mais sensíveis que os de fio resistivo. Vantagens: Apresentam pequena dimensão, e elevada tensão de resposta (50 a 100 mA/V de excitação).
Kistler Instrument AG.
Piezoelétrico Empregam em sua fabricação certos cristais que geram uma (Quatzo, turmalina e titanatos) Empregam em sua fabricação certos cristais que geram uma ddp entre as superfícies quando submetidos à pressão sob determinado eixo. Características: Estabilidade elevada (a alta temperatura) Boa linearidade Reduzida histerese Desvantagem: Não adequado para medidas de pressão estática
Fator de Poison Fator de Gauge Composição G Coeficiente de Temperatura Constantan Ni-Cu 2,1 2 x 10-5 /o C Silício Tipo p 100 a 170 70 A 700 x 10-5 /o C
Capacitivos As células capacitivas de pressão baseiam-se na variação da capacitância de um composto, quando submetido a uma variação de pressão. O elemento transdutor é parte integrante do próprio sensor. Um sinal de pressão é transferido, através de um sistema capilar, a um líquido de enchimento selado que faz interface com outra câmara, simétrica a anterior, através de uma placa comum as duas câmaras. Esta, também preenchida com líquido e isolada do outro ambiente que se encontra em diferente valor de pressão, através de outro diafragma sensor, que faz a interface com outro duto capilar. Analogamente ao sistema anterior, a pressão atmosférica é transmitida ao outro diafragma sensor por um dos lados da placa do capacitor. O valor da pressão é inferido pela variação da capacitância do sistema, a custa da diferença da distância das placas externas à placa central, aquela comum às duas câmaras.
Baixas pressões Medida indireta Explorando propriedades dos gases (condutividade térmica, capacidade de ionização, propriedades elétricas, etc. Pirani –Pressões de 10 -1 a 100Pa Manômetro de ionização 10-8 a 10 -1 Pa
Bibliografia Ver também http://www.ashcroft.com.br http://www.acgtech.com.br http://www.koboldmessring.com/en/br http://www.digiflow.com.br http://www.schmersal. com.br