Baixe Medidas elétricas e instrumentação - medição de pressão e outras Esquemas em PDF para Medição Eletrônica e Instrumentação, somente na Docsity! Instrumentação - Medição de Pressão ECAi0Os - Medidas Elétricas e Instrumentação UNIFEI - Universidade Federal de Itajubá Campus Itabira [e Conceitos Preliminares Éa relação entre a força normal exercida em uma superfície e a área desta superfície. e F-Força(N); P- ã o 4- Área (m?); o P- Pressão (N/m? ou Pa); e Em um fluido, a pressão em Dois cilindros de áreas diferentes conectados um dado ponto é dependente como vasos comunicantes da profundidade. Assim, os dois vasos ao lado apresentam o mesmo nível. é Isso é porque os fluidos são meios contínuos e a pressão aplicada sobre eles é transmi- tida a todos os pontos até às paredes do vaso, independen- temente da sua forma [e Conceitos Preliminares Pressão Manométrica ou Relativa E a pressão diferencial em que um dos pontos está aberto para a atmosfera. Portanto é a medição de pressão em relação à atmosfera local. A maioria dos instrumentos industriais mede a pressão manométrica. Pressão Absoluta E a pressão medida a partir do vácuo ou zero absoluto. O zero absoluto representa a total ausência de pressão ou total ausência de qualquer fluido confinado. Pabsoluta = Patmosférica local + Pmanométrica [e Conceitos Preliminares [desse to e SITE] É a diferença de magnitude entre duas pressões quaisquer. e A pressão absoluta pode ser considerada uma pressão diferencial em relação ao vácuo absoluto; e A pressão manométrica pode ser considerada uma pressão diferencial em relação à pressão atmosférica local. IMPORTANTE Ao se exprimir um valor de pressão, deve-se determinar se a pressão é relativa ou absoluta. O fato de se omitir esta relação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos mede pressão relativa. 5Kgf /em2abs — Pressão absoluta 8Kgf/em? — Pressão relativa /manométrica POTE Conceitos Preliminares Pressão medida Pressão absoluta Vácuo —€ —======— Zero Absoluto Conceitos Preliminares Pressão da coluna de líquido E a pressão em um determinado ponto no interior de um recipiente, acima do qual existe uma altura h de líquido com massa específica p. SINININI o P- Pressões (PA); ? e h - Altura da coluna do fluido (m); h e p - Massa específica do fluido (hgf/m?); o g - Aceleração da gravidade P (m/ss). O produto pg é também denominado P=pxgxh peso específico 7. Conceitos Preliminares Teorema de Stevin A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de cota entre os dois pontos. P-P=AP=y(ho-h) o P- Pressões (PA); e h - Altura da coluna do fluido (m); o y - Peso específico do fluido (N/mº). Manômetros & Os manômetros de líquido foram largamente utilizados na medição de pressão, nível e vazão nos primórdios da instrumentação; é Atualmente, a aplicação destes instrumentos, na área industrial, limita-se a locais ou processos cujos valores medidos não são cruciais no resultado do processo ou em locais onde não é possível a instalação de outro tipo de instrumento; & Todavia, em laboratórios de calibração os manômetros encontram sua grande uti- lização, pois podem ser tratados como padrões. Manômetro de pressão Manômetro inclinado. arterial de parede com E coluna de mercúrio Manômetro em tubo U. Medidores Mecânicos Manômetro de Coluna Para automatizar a medida de pressão em um manômetro de coluna com mercúrio, pode-se usar uma ponte de Wheatstone com duas resistências externas conectadas por um cabo de alta resistência, como mostrado a seguir: Fazendo r = Ry/Rreg: (+r2 vo ro V AP=kh————— Medidores Mecânicos Manômetro de Coluna Manômetro tipo tanque ou coluna reta vertical É manômetro de tubo em U com diâmetros diferentes. do A RE NH Ay PB h(1+ r A 9 É h Este deslocamento normalmente já é compensado na escala. Quando [- A >> As, a leitura de pressão é a própria coluna d'água (leitura direta da altura). Lg = Superfície do líquido quando P, = P> nceitos Preliminar Medidores Mecânicos Manômetro de Coluna Vantagens e São equipamentos de simplicidade considerável; e Possuem grande precisão e sensibilidade; e Possuem custo moderado; e São adequados para medições de pequenas pressões. Desvantagens e Uso restrito a bancadas; e Necessitam de nivelamento para o uso adequado; e Não possuem proteção de sobre-faixa; e Para medições de pressões elevadas são grandes e desajeitados. Medidores Mecânicos Barômetro e O barômetro é um tipo especial de manômetro que permite medir a pressão atmosférica /absoluta; e Muito empregado na meteorologia, usado para previsão de tempo e medição de altitude; e Inventado por Torricelli em 1643; e A altura que o mercúrio alcança no tubo representa a pressão absoluta da atmosfera na hora e local de medição. Medidores Mecânicos Barômetro de Mercúrio 430 mm a 300 m 740 mim a 200m 750 mma 190m 760 mma Om = E %s T ES ni Mist po nianE snE A Ea mar 7 24 no, 4 Mt E Mia LES) A EE CENA Pi. Diafragma Membranas elásticas que sofrem deformação pela ação da diferença de pressão entre dois pontos quaisquer ou entre a pressão a ser medida e a pressão atmosférica local. Medidores Mecânicos Medidores Mecânicos Manômetros Mecânicos Elásticos - Diafragma Ao Cireuiio Membrana NEnBSiS Consiste de um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado (um elemento elástico) que sofre deslocamento no mesmo sentido da pressão externa. Essa pressão tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola. Fole Escala | mi pressão Ponteiro itos Preliminar Medidor idores Especiais Manômetros Mecânicos Elásticos - Tubo de Bourdon Tubo de Bourdon Helicoidal e Espiral e De maneira prática, é fácil visualizar que o tubo de Bourdon helicoidal consiste em diversos tubos de Bourdon C em diferentes planos verticais e o tubo de Bourdon em espiral diferentes planos horizontais. e O resultado das modificações é a produção de um movimento maior da extremidade livre do elemento e uma consequente amplificação mecânica. Vantagens dos Tubos Helicoidal e Espiral e Medição de altíssimas pressões, cerca de 6000kg /cm2. e Proteção sobre-faixa elevada, de até 1000% do FE. e Possibilidade de medir vácuo na faixa de O — 500mmEHg. E IS Tso an] Selagem Chamamos de selagem em instrumentação, o sistema utilizado para isolar o fluído de um processo, do seu dispositivo de medição. Os sistemas de selagem devem,ser usados sempre que : & O fluído do processo for corrosivo ao dispositivo de medição; e O fluído for um gás com possibilidade de condensação por diminuição de temperatura quando for aplicado ao dispositivo de medição, Ex.: vapor d'água; o O fluído for um líquido com sólidos em suspensão; º O fluído for um líquido pastoso; e O fluído tender a cristalizar-se com variações de temperatura ao ser aplicado ao dispositivo de medição; é O fluído não puder permanecer parado no dispositivo de medição, Ex.: medicamen- tos, leite, etc; 8 O fluído for periculoso. E Selo Líquido Er SE 35/63 [NPR gE TT Transdutor usando LV| & Transdutor de Pressão Diferencial utilizando um diafragma de pressão diferencial e um LVDT. & Consiste em uma bobina primária, duas bobinas secundárias (bsl e bs2) ligadas em oposição de fase e um núcleo de ferro-doce disposto simetricamente com relação às bobinas; é Quando o sistema está em repouso, as tensões induzidas em bsl e bs2 são idênticas, sendo a resultante V2 igual a zero; e Quando há pressão aplicada, ocorre o deslocamento do núcleo, provocando tensões diferentes em bs1 e bs2 e, logo, V2 será diferente de zero; Pressão a a L da qn | E Pressão P, — LvDT Diafragma Elástico, A 11 Pressão Ps Núcleo desincável [NPR gE TT Sensor Piezoelétrico o Em 1880, Pierre e Jacques Courie descobriram que determinados cris- tais geram cargas elétricas quando submetidos à pressão; e Os elementos piezelétricos são cristais, como o quartzo e titanato de bário, que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cris- talina, quando sofrem uma deformação física por ação de uma pressão. Sua resposta é linear com a variação de pressão; e Os sensores de pressão piezoelétricos são robustos e possuem resposta rápida para uma larga faixa de medição de pressão. [NPR gE TT Sensores Piezoresistivos e Extensômetros de resistência elétrica metálicos (strain gauge) são pe- quenos elementos resistivos adesivos que podem ser fixados em vigas, barras cilíndricas, etc. A resistência elétrica R de um fio de comprimento L e seção A e resistivi- Área dade p é dada por: A L R= "A Comprimento L dR/R do/p = =1+2 Gauge Factor dL/L v aL/L na qual v é a constante de Poisson. [e Sensores Piezoresistivos Strain o sensítivo pattern! Resistência aumenta com atração Resistência Resistência é incencível ão tó is Tension: forças laterais area narrows, deiraçõoe resistanne increases. compressão Gompress ar Erca thickons; rasistance cecresses, [NPR gE TT Sensores Piezoresistivos e Extensômetros (strain gauge) de resistência elétrica semicondutores: construídos diretamente em uma pastilha de silício, contendo um dia- fragma associado com os extensômetros e A tecnologia utilizada é a mesma dos circuitos integrados (CI's); é Desta forma, é possível construir densores menores e mais uniformes com características muito bem definidas e repetitivas; e O dispositivo ao lado apresenta um sensor de pressão piezoresistivo, sendo um tipo de sistema conhecido como MEMS (Micro Electro Mecha- nical Systems - dispositivos sensores fabricados diretamente em pastilhas semicondutoras); e Sinais muito pequenos (mV e mV) e sensíveis a variação de temperatura. [NPR gE TT Sensores Piezoresistivos - Comercial Parafuso Placa E étrca Saída o Fixação emsvo 940Ves CN o do zero | nude de voce auste | permuio de span / -/ Sensor Piezaras tro / Misrocentrolador M Sensores Piezoresistivos - Célula de Carga [NPR gE TT Sensor de Pressão Capacitivo e Este sensor mede a partir da deformação efetuada pela pressão do processo que se deseja medir em uma das placas do elemento capacitivo (diafragma - eletrodo móvel do capacitor). Tal deformação altera o valor da capacitância total que é medida por um circuito eletrônico. O eletrodo fixo, geralmente, se constitui de um metal sobre um substrato cerâmico ou vidro. POSIÇÃO DO DIAFRAGNA SENSOR, QUANDO P1=P2 N o ç 1. oueracua seusor € pz $ $ (PLACAS FAS DOS CAPACITORES CH E CL LD400 [Era Conceitos Preliminar ' [de Sensor de Pressão Capacitivo je Saíd: de AP f Microcontrolador R U 7 Fialêe Temperatura [NPR gE TT Sensor de Pressão Capacitivo tor pisragna Digital Sensor th, na Diafagra teofador (2) Suporfcio vidro Mesa 8) nto (3) Manifold rn bressure ssce Low pressure ssce Manifold OQ Verifique se as válvulas estão fechadas; Q Abra a válvula de equalização para garantir que a mesma pressão será aplicada a ambos os lados do transdutor (pressão diferencial nula O Abra a válvula que bloqueia o lado de alta pressão lentamente, verifique vazamentos no lado de alta e baixa pressão; OQ Feche a válvula de equalização, garantindo que os dois lados fiquem pressurizados; Q Abra a válvula que bloqueia o lado de baixa pressão, garantindo que a pressão diferencial está sendo aplicada ao transdutor; OQ O sistema está em operação. O procedimento reverso pode ser aplicado para remover o transmissor de operação. Efeitos dinâmicos das conexões e Quando o sensor se encontra o mais próximo possível do ambiente que se encontra o mensurando, qualquer variação de pressão será pronta- mente percebida pelo sensor; e O modo como a saída do sensor reage ao mensurando pode, nesse caso, ser quantificado pelo modelo do sensor e, se esse for tão rápido que sua dinâmica pode ser desprezada, sua saída será simplesmente a relação entre a pressão aplicada e sua sensibilidade (k - p); e Mas se o sensor estiver ligado ao mensurando por alguma conexão (mangueira ou tubo capilar), as variações de pressão não serão instan- taneamente acompanhadas pelo sensor. Efeitos dinâmicos das conexões e No caso de tubulações muito longas, o tempo de atraso poderá não mais ser desprezível: Pm(s) erra P(s) ts+1 em que 74 é O atraso puro de tempo e pode ser estimado como o comprimento da tubulação multiplicado pela velocidade do som no fluido que a preenche. e Outros casos podem ser avaliados no livro texto (Doeblin). Calibração de Instrumentos de Pressão CONEXÃO PARA INSTRUMENTO «+ P (PRESSÃO) Calibração de Instrumentos de Pressão RESERVATÓRIO DE ÓLEO MANÔMETRO-PADRÃO INSTRUMENTO MEDIDOR DE "PRESSÃO EM VERIFICAÇÃO/TESTE CONEXÃO PARA CONEXÃO PARA INSTRUMENTO VOLANTE DO PISTÃO MANUAL

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