Unidade_III_Instrum_de_Controle

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UNIDADE 3 
INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE 
INTRODUÇÃO 
A monitoração, medição, controle das condições e alterações dos fluidos no que 
concerne à temperatura, a pressão, a quantidade de oxigênio, a vazão (fluxo), o nível e o 
teor de umidade dos equipamentos, máquinas e ambientes de uma instalação industrial ou 
processo de um navio é um trabalho rotineiro de cada quarto de serviço, qualquer que seja o 
tipo de instalação. 
A instrumentação é um exemplo de área do conhecimento que é formada por vários 
campos da Engenharia ou das ciências. Esta característica é enfatizada pelos crescentes 
avanços na informática e na eletrônica, o que faz com que sensores e transdutores tornem-
se cada vez mais e dependentes destas tecnologias. 
Por esta e outras razões, é que, neste capítulo, vamos estudar os instrumentos 
(medidores) utilizados para fazer a detecção, a medição, à automação, a transmissão e a 
monitoração das grandezas físicas envolvidas nos sistemas ou nas malhas de controles dos 
processos industriais de terra ou marítimos, em especial os instrumentos aplicados ao 
controle automático. Vamos conhecer a função que eles desempenham no controle de 
processos industriais de fabricação de produtos essenciais ao bem estar, conforto, 
segurança humana e nos transporte em especial nos navios. 
Você sabia? 
� Instrumentos de medição são usados para informar as condições físicas, as 
propriedades químicas e a quantidade da substância, tão precisamente quanto 
necessário, a fim de alcançar as especificações definidas do produto. 
Essencialmente na indústria, a instrumentação de controle tornou possível manter-se 
rigorosamente os valores das variáveis dentro de faixas críticas e com isso garantindo uma 
produção em massa com qualidade e preços acessíveis. 
Nos navios a cada ano que passa permite um controle mais apurado e confiável das 
variáveis dos diversos sistemas dando maior segurança as operações e a navegação. 
3.1 GENERALIDADES 
O instrumento medidor ou sistema de medição pode ser mecânico, pneumático, 
hidráulico, elétrico, eletrônico, ou uma combinação de quaisquer duas ou mais formas 
básicas, como os eletromecânicos. 
 
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Na malha de controle automático (automação), são definidos como sensores. 
Atualmente, os sensores mais usados se baseiam nos conhecimentos físicos das 
propriedades elétricas. 
Cada instrumento ou sistema de medição possui os dispositivos básicos, que são 
mostrados no diagrama de blocos da figura 3.1. 
 
Fig. 3.1 - Diagrama de bloco do sistema de medição. 
� ELEMENTO PRIMÁRIO - Responsável por criar as condições da medição da variável 
pelo sensor. Na figura é representado por uma placa de orifício. 
Ex.: Placa de orifício. 
� DETECTOR - Detecta a variável monitorada e converte a magnitude do parâmetro para 
um sinal mecânico ou elétrico. 
Ex.: Termopares, extensômetros de resistência elétrica e etc. 
� CONVERSOR (Transdutor) - Converte o sinal de saída do detector para um sinal 
padrão que possa ser usado pelos elementos de controle do processo. Se o sinal do 
detector puder ser usado diretamente, não é necessário o uso do transdutor. 
Ex.: Célula de Carga. 
� AMPLIFICADOR - Amplifica a magnitude do sinal da variável ou grandeza física 
detectada. 
� INDICADOR - Mostra o valor (sinal) medido da variável do processo através de um 
ponteiro e de uma escala graduada. 
Em muitos sistemas de medição as funções sensoras, de conversão ou amplificação, 
são estreitamente acopladas, de maneira que são especificadas como um todo, conforme foi 
demonstrado quando estudamos normalização, em vez de individualmente, como vamos 
estudar. 
A diversidade de produtos encontrados no mercado possibilita ao usuário dispor de 
dispositivos que utilizam combinações técnicas operacionais que satisfaçam requisitos 
específicos de determinados processos. O tipo de instrumento ou sistema de medição a ser 
empregado depende das variáveis a serem controladas ou medidas e da rapidez e precisão 
requerida. 
 
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Com o emprego de complexo centro computadorizado de acionamento e controle de 
processos (sistema supervisório), inclusive nos navios, é necessário que, para cada 
aplicação, deva haver uma compreensão clara e concisa da função de cada instrumento e 
de suas limitações. É essencial que sejam conhecidas a teoria, a operação funcional e as 
interações entre os componentes do processo a ser medido ou controlado. 
Você sabia? 
� A utilidade de um instrumento em qualquer sistema de medição e controle depende de 
sua capacidade de ativar um dispositivo de controle e da segurança que apresenta para 
reproduzir a ativação do controle. 
Tanto a precisão como a segurança de um instrumento dependem da sua construção 
e da capacidade de manter a sua calibração. Um instrumento descalibrado significa um 
conjunto de medidas casuais, e não um verdadeiro dispositivo de medição. Por estas razões 
é que existem os padrões de calibração de instrumentos, assunto estudado em curso 
específico para instrumentistas. 
3.1.1 Terminologia Técnica 
A terminologia empregada é padronizada, a fim de que os fabricantes, os usuários e 
os organismos ou entidades que atuam no campo da instrumentação industrial empreguem 
a mesma linguagem. A Scientific Apparatus Makers Association (SAMA), pela sua norma 
PMC 20, define os termos ilustrado na figura 3.2, conforme são relacionados a seguir: 
1) Faixa de medida, Alcance (Range) – É a faixa de leitura, ou seja, conjunto de valores 
da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da 
capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. É expresso, mostrando os 
valores extremos de um sensor de temperatura. Na figura 3.2, temos como exemplo: 
Range = 100 - 300°°°°C. 
2) Amplitude (span) – É a diferença algébrica entre os valores superiores e inferiores da 
faixa de medida (range) do instrumento. No exemplo da figura 32.2, seu valor é: 
Span (S) = 300º - 100º = 200°C. 
3) Variável Medida (Measured Variable) – É o termo utilizado para descrever a quantidade, 
propriedade ou condições medida. Observa-se, que nos instrumentos a escala nem 
sempre começa com o valor zero da variável medida., por esse motivo, temos escala de 
zero suprimido e escala de zero elevado. 
4) Escala de Zero Suprimido (Suppressed Zero ) – É uma escala na qual o valor de zero 
da variável medida é menor que o valor inferior do alcance (Range). 
 
83 
 
Fig. 3.2 – Terminologia técnica dos instrumentos de controle. 
 
5) Escala de Zero Elevado ( Elevated Zero) - É uma escala na qual o valor de zero da 
variável medida é maior que o valor inferior do alcance (Range). 
Exemplo: o 
6) Erro (erro) – É a diferença algébrica entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento 
em relação ao valor real da variável medida. Podemos ter dois tipos de erro. 
6.1) Erro Estático – Se tivermos o processo em regime permanente, dependendo da 
indicação do instrumento, o qual poderá estar efetivamente indicando a mais ou a menos, 
chamaremos o erro de estático, podendo, então, ser positivo e negativo. 
Exemplo: - Valor real da variável = 110ºC 
 - Valor lido = 112ºC 
 - Erro Estático de 2ºC positivo. 
6.2) Erro Dinâmico – Quando não tivermos a variável constante, teremos um atraso na 
transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estará geralmente 
atrasado em relação ao valor real da variável. Essa diferença entre o valor real e o valor 
medido é chamado de erro dinâmico. 
Exemplo: Num dado instante, t○, temos a variável e a indicação em 100ºC. Em outro 
instante, t1, a variável está-se modificando e passando por 110ºC e a indicação, em t1, é de 
106ºC. Teremos, nesse, momento, um erro dinâmico de 4ºC. 
 
7) Precisão (accuracy) – É a tolerância de medição ou transmissão do instrumento, na qualerros cometidos quando o mesmo é utilizado em condições normais de trabalho. Por 
definição, o sinal de saída de um instrumento é comparado a um valor padrão para se 
 
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determinar se ele está funcionando da maneira requerida. Portanto, “precisão” significa 
PRECISÃO DE REFERÊNCIA. 
� Precisão de referência é a tolerância da medida ou de transmissão do instrumento e 
define os limites que os erros não devem exceder, quando o instrumento é empregado 
em condições normais de serviço. Há várias formas para expressar a precisão. 
a) x % da Amplitude ( Span.) 
���� Exemplo: 
� Na figura 3.2 , para uma leitura de 150°C e uma precisão de ± 0,5 %, o valor real da 
temperatura estará compreendido entre 150 ± 0,5 % x 200/100 = 150 ± 1, ou seja, 
podendo ser 149°°°°C ou 151°°°°C. 
b) Diretamente em unidade da variável medida. 
���� Exemplo: 
� Precisão de ±±±± 1°°°°C. 
c) x % da leitura efetuada. 
���� Exemplo: 
� Precisão de ±±±± 1% de 150°°°°C, ou seja ±±±± 1,5°°°°C. 
d) x % do valor máximo da faixa de medida (Ranger). 
���� Exemplo: 
� Precisão de ±±±± 0,5 % de 300°°°°C, ou seja, = ±±±± 1,5°°°°C. 
e) x % do comprimento da escala. 
 
 
���� Exemplo: 
� Se o comprimento da escala do instrumento da figura 3.2 é 150 mm, a precisão de ±±±± 
0,5 % representará ±±±± 0,75 mm da escala. 
� A precisão varia em cada ponto da faixa de medida do instrumento, por mais que o 
fabricante especifique em um todo. Algumas vezes é indicado seu valor em uma zona 
da escala. 
���� Exemplo: 
� Um manômetro pode ter uma precisão de ±±±± 1 % em toda a escala e de ±±±± 0,5 % na 
zona central. 
� Quando se deseja obter a máxima precisão do instrumento em um ponto determinado 
da escala, pode-se calibrar unicamente para este ponto de trabalho, sem considerar os 
valores restante da faixa de medida. 
 
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���� Exemplo: 
� Um termômetro de 0-150°C e de ± 1 % de precisão situada em um plano de temperatura 
constante a 80· C, pode ser calibrado a este valor, de modo que a sua precisão neste 
ponto de trabalho é a máxima que se pode obter com um termômetro padrão. 
� Muitas das vezes há uma diferença entre os valores de precisão de um instrumento 
definido pela calibração do fabricante e da calibração de inspeção dos instrumentos dos 
usuário. Essa diferença é uma margem de segurança para compensar os erros de 
apreciação das pessoas que efetuam a calibração, das diferentes precisões dos 
instrumentos de medidas utilizados. As possíveis alterações se devem ao 
deslocamento do instrumento de um ponto ao outro, dos efeitos ambientais e do 
envelhecimento. 
���� Exemplo: 
� Um instrumento que na fábrica tem uma precisão de calibração de ±±±± 0,8 %, e na 
inspeção corresponde a ±±±± 0,9 % é fornecido ao usuário ±±±± 1 %. 
8) Zona morta ou banda morta (dead zone ou dead band) – É a máxima variação que a 
variável possa ter sem que provoque uma variação na indicação ou sinal de saída de um 
instrumento. É dado em tantos porcentos (x %) da amplitude. 
Você sabia? 
� Para se determinar a banda morta de um instrumento, procede-se da seguinte 
maneira: aumenta-se lentamente o sinal de entrada do instrumento até que se observe 
uma mudança na saída, e registra-se esse valor; diminui-se lentamente o sinal de 
entrada até que se observe novamente uma mudança no sinal de saída, registra-se 
esse novo valor. A diferença entre esses dois valores é a banda morta. Essa medição 
deve ser feita várias vezes para se ter a garantia de que foi determinado um valor 
correto, assim como se deve fazê-lo em vários pontos para se obter a banda morta 
máxima. 
���� Exemplo: 
� O instrumento da figura 3.2 é de ±±±± 0,1 %. Aplicando-se a equação, o valor calculado, em 
graus, é: 0,1 x 200/100 = ±±±± 0,2 °°°°C. 
9) Sensibilidade (sensitivity) – É a mínima variação que a variável possa ter que provoque 
variação na indicação ou sinal de saída de um instrumento. É dada em x % da 
amplitude. Não se deve confundir a sensibilidade com a zona morta, são termos 
distintos. 
���� Exemplo: 
� Se a sensibilidade do instrumento de temperatura da figura 3.2 é de ± 0,05 %, seu valor 
será de 0,05 x 200/100 = ±±±± 0,1 °°°°C. 
10) Repetibilidade (repeatibility) – É a capacidade de reprodução das posições do ponteiro 
ou índice do instrumento ao medir repetidamente valores idênticos da variável nas 
mesmas condições de serviço e no mesmo sentido de variação, percorrendo toda a 
 
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faixa. Normalmente se considera seu valor máximo (Repetibilidade máxima) em x % da 
amplitude (SPAN). 
11) Histereses (histeresis) – Define-se histerese da seguinte maneira: se um estímulo ou 
excitação na entrada do instrumento ou transdutor cresce até um determinado valor, o 
mesmo fornecerá uma certa saída; se começar a reduzir a excitação até atingir o valor 
inicial, o instrumento poderá fornecer ou acusar valores diferentes do que o verificado 
anteriormente. Histerese pode ocorrer devido ao atrito mecânico dos ponteiros de um 
instrumento de medida. Expressa-se em x % da amplitude. 
���� Exemplo: 
� No instrumento da figura 3.2 é de ± 0,3 %, então, seu valor será de ± 0,3 de 200°C = ±±±± 
0,6°°°°C. 
 
 
3.1.2 Segurança Intrínseca 
 É uma das técnicas de proteção que podem ser empregadas em equipamentos 
elétricos utilizados em áreas classificadas. O objetivo é assegurar que o equipamento 
elétrico não se constitua em uma possível fonte de ignição de uma atmosfera 
potencialmente explosiva, presente na planta. Em outras palavras 
“O objetivo é limitar a energia, nos circuitos do equipamento elétrico, em 
níveis tais que, mesmo na ocorrência de centelhamentos, a energia 
disponível na centelha não é suficiente para causar a ignição de uma 
atmosfera explosiva.” Giovanni Hummel Borges, 1999 
. 
 
87 
3 .1 .2 .1 T ipos de Zo na s e de Grupos de Áre a s 
Cla s s i f ic a da s. 
 
Tendo sido estabelecido o grau da fonte de risco, é necessário determinar a 
taxa de liberação através da quantidade de material inflamável que poderá ser 
liberado. A classificação de áreas de equipamentos de processo onde o material 
inflamável é queimado, por exemplo, queimadores, fornalhas, caldeiras, turbinas a 
gás, etc., deve levar em consideração suas etapas do ciclo de purga partida e 
parada. 
A norma brasileira de classificação de áreas (NBR IEC 60079-100), 
seguindo a Normalização Internacional IEC, classifica as áreas de risco em Zonas e 
Grupos. 
A probabilidade de presença de uma atmosfera explosiva de gás bem como 
o tipo de zona dependem, principalmente, do grau da fonte de risco e da ventilação. 
A determinação dos tipo de Zonas das áreas classificadas são baseadas na 
freqüência ou na probabilidade estatísticas de ocorrência e duração de uma 
atmosfera explosiva de gás na área de processo considerada no estudo, como 
definido a seguir, pela Norma NBR IEC 60079-10: 
 
• Zona 0: área na qual uma atmosfera explosiva de um gás 
consistindo de uma mistura com ar e substâncias inflamáveis em 
forma de gás, vapor ou nevou continuamente presente ou por 
longos períodos ou freqüentemente. 
• Zona 1: área na qual uma atmosfera explosiva de gás 
consistindo de uma mistura com ar e substâncias inflamáveis em 
forma de gás, vapor ou névoa que pode ocorrer ocasionalmene em 
condições normais de operação. 
• Zona 2: área na qual uma atmosfera explosiva de gás 
consistindo de uma mistura com ar e substâncias inflamáveis em 
forma de gás, vapor ou névoa que não é previsto ocorrer em 
condições normais de operação mas, se ocorrer, irá persistir 
somente por um curto período. 
As principais técnicas empregadas são: 
a) invólucro à prova de explosão; 
b) emprego de materiais com isolamento reforçado, distância de isolação e 
escoamento; e 
c) manter equipamentos pressurizados com ar limpo ou gás inerte.Segundo o IEC (International Electrotechnical Comission), as simbologias 
empregadas e os equipamentos intrinsecamente seguros são enquadrados nas 
categorias relacionadas a baixo : 
� Ex.: da categoria “ib" – devem ser incapazes de provocar ignição em operação 
normal, ou em caso de ocorrência de uma malha (defeito) qualquer. São apropriados 
para instalações em áreas do tipo Zona 1 e Zona 2. 
 
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� Ex.: da categoria “ia” – devem ser incapazes de provocar ignição em operação 
normal, ou em caso de ocorrência de até duas falhas (defeitos) simultâneos qualquer, 
possuindo, em sua concepção de circuitos, componentes eletrônicos redundantes que 
garantam a manutenção da baixa energia no circuito de campo, mesmo em caso da 
ocorrência de defeitos ou de erros de ligação. 
Os peritos advertem que não adianta o emprego de equipamentos associados e 
dispositivos de campo certificados, se não forem observados os critérios normalizados de 
interconexão, principalmente o tipo de cabo empregado, a disposição das malhas existentes 
por uma mesma bandeja e por um mesmo cabo multipolar. 
3.1.3 Telemetria 
Os primeiros instrumentos de medição empregados nas instalações industriais para 
medir o valor das variáveis do processo, indicavam, no próprio local onde a medição era 
feita, o valor médio. Cabendo ao operador de serviço percorrer a planta verificando os 
valores indicados nos instrumentos e se necessário atuar para corrigir distorções. 
� Telemetria é a tecnologia que permite a centralização dos instrumentos indicadores, 
registradores, controladores, etc. em uma sala de controle (CCM). 
Consiste na medição de uma variável no campo onde ela ocorre e da transmissão do 
valor medido, através de algum sinal, até o instrumento ou equipamento receptor (console, 
computador) localizado a distância, normalmente dentro da sala de controle. De maneira 
análoga, os sinais de a atuação no processo, de dentro da sala de controle, devem ser 
transmitidos até o campo, onde serão convertidos em atuação física capaz de modificar o 
valor da variável. 
Nos dias atuais os sinais utilizados obedecem a normas específicas definidas como 
“protocolo de comunicação”. 
3.2 MEDIDORES DE PRESSÃO 
INTRODUÇÃO 
A medição da pressão ou vácuo é muito importante a bordo dos navios e na indústria 
de um modo geral. Pois na maioria das vezes o controle pela medição da pressão é muito 
mais eficiente do que pela medição da temperatura. Em alguns processos, uma mudança de 
meio grau de temperatura poderá causar uma mudança muito grande na pressão de fluido. 
Há uma infinidade de aplicação dos medidores de pressão. Entre essas podemos citar: 
� processo moderno de síntese no campo da química e dos plásticos, que operam sobre 
pressões extremamente elevadas; 
� eletrodeposição de metais, que é feita sobre alto vácuo; 
� processos na indústria de alimentação, que operam sobre pressões elevadas para 
reduzir o tempo de cozimento; 
 
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� evaporadores, que são mais eficientes quando trabalham sob condições de alto vácuo; 
� processos de lançamento de foguetes e mísseis, que exigem medições de pressão e 
vácuo; 
� torres de destilação, que exigem medição e controle de pressão absoluta com valores 
exatos; 
� nos navios; temos medição da pressão da caldeira, vácuo das bombas, pressão de 
injeção de combustível, pressão do ar de lavagem, etc. 
Normalmente, o que o instrumento detecta e indica é a pressão diferencial, que é de 
grande interesse numa variedade de controle e monitoramento de processos. No entanto, 
esses instrumentos podem também ser empregados para deduzir os valores de outras 
variáveis associadas a gases e líquidos, como é o caso de medidores de vazão (fluxo), os 
quais estudaremos mais adiante. 
Os princípios usados na medição de pressão também são aplicados em medições de 
temperatura, vazão e nível de líquido. No estudo dos medidores de variáveis físicas dos 
processos industriais, é essencial conhecermos: 
� os princípios físicos que o instrumento foi concebido; 
� os princípios gerais de operação; 
� os tipos de instrumentos; 
� os princípios de instalação; 
� como os instrumentos devem ser mantidos para se obter o melhor desempenho; e 
� como são calibrados. 
OBSERVAÇÃO IMPORTANTE! 
���� Antes de prosseguirmos, lembramos que é importante que você faça uma 
revisão sobre o estudo da pressão no ponto de vista da física clássica 
(hidrostática). 
As medidas de pressão estendem-se desde valores muito baixos, que são 
considerados vácuo, até milhares de toneladas. A seguir, serão definido as principais 
escalas de pressão 
 
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Pressão Atmosférica 
A Terra é circundada por uma camada de ar com cerca de 80 Km de altura ou mais. 
Como o ar tem peso, exerce sobre cada cm² de área da Terra uma certa pressão. Esta 
pressão é chamada pressão atmosférica e é medida em um barômetro. 
Mas a camada de ar está em constante movimentação e durante as horas do dia 
está sujeita a temperaturas diferentes. Vento e correntes provocam acumulação da massa 
de ar em certas partes, rarefazendo a atmosfera em outras partes. Além disso, quando 
subimos numa montanha, a espessura da camada sobre nós é menor que a espessura que 
temos quando estamos ao nível do mar. Daí, concluímos que: 
� a pressão atmosférica não é constante. Varia com a temperatura, com a altitude, com 
o vento, etc. 
Realmente, pesquisas científicas mostraram que para cada 100 m de altitude que 
subimos acima do nível do mar a temperatura desce 0,65°C e a pressão cai, 
aproximadamente, segundo a fórmula: 
P = P0 ( 1 – 0,00002254 * h)5,256 h = altitude em metro 
P0 = pressão atmosférica ao nível do mar. 
A partir de 11.000 m, outros fatores começam a influir, de forma que podemos 
esperar variações diferentes daquelas experimentadas nas altitudes mais baixas. 
� A pressão atmosférica é a pressão exercida por uma coluna de ar de altura igual à 
espessura da camada sobre a superfície de 1 cm² ao nível do mar. Eqüivale a 1, 033 
kp/cm², aproximadamente 760 mmHg. 
O Sistema Internacional de Medidas (SI), acordado como padrão a ser aplicado aos 
navios, recomenda o emprego da unidade BAR ou MILIBAR para a indicação da pressão. 
Suas principais equivalências com outras unidades são relacionadas a seguir, tomando-se 
como base a pressão atmosférica normal ao nível do mar na temperatura de 0º C: 
 1 bar = 10 5 N/m2 = 1,020 kg/cm2 = 750 mm hg 
Pressões Absoluta 
Subtende-se por pressão absoluta a pressão total ou efetiva de um fluido, ou seja, 
é a soma das pressões relativas (Manométricas) e atmosféricas. 
Pressão Manométrica ou Relativa 
É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de 
referência, ou seja, é a pressão indicada por um manômetro. 
 
 
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Você sabia? 
� MANÔMETRO é o nome genérico dos instrumentos ou dispositivos medidores de 
pressão. Estes podem ser mecânicos, eletromecânicos, elétricos ou eletrônicos. 
A bordo dos navios são encontrados nas bombas, tubulações, caldeiras, 
compressores, purificadores, destiladores, motores, hidróforos, reservatório de ar 
comprimido, etc. A figura a seguir ilustra um instrumentos indicador de pressão. 
� Para determinar a pressão absoluta do fluido no reservatório, quando a pressão do 
fluido é maior que a pressão atmosférica, adiciona-se a pressão atmosférica à pressão 
manométrica: Pabs = Patm + Pman 
� E quando a pressão do fluido é menor que a pressão atmosférica, a pressão absoluta 
do fluido é determinada, subtraindo o valor de pressão negativa (vácuo) da pressão 
atmosférica: Pabs = Patm - Pman 
 
 
É importante compreender 
que os manômetros são 
calibrados para ler zero de 
pressão atmosférica e que esses 
instrumentos não medem a 
pressão total ou efetiva do fluido 
num reservatório ou numa 
tubulação; o que eles medemé a 
diferença de pressão entre a 
pressão total do fluido e a pressão 
atmosférica. 
Fig. 3.3 – Manômetro do tipo tubo de Bourdon, com mostrador redondo e escala inglesa (PSI). 
Pressão Negativa ou Vácuo 
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica. O 
instrumento que indica a pressão negativa é denominado de vacuômetro. 
� Nos navios, normalmente, no lado de aspiração das bombas é instalado um 
instrumento que pode indicar tanto pressão negativa como positiva, denominado de 
manovacuômetro. 
 
92 
Pressão Diferencial 
É a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo símbolo ∆∆PP (delta P). 
Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível e pressão. 
Pressão Estática 
É o peso exercido por um líquido em repouso, ou que esteja fluindo 
perpendicularmente à tomada de impulso, por unidade de área exercida. 
Pressão Dinâmica ou Cinética 
� É a pressão exercida por um fluido em movimento. Ela é medida montando a tomada 
de impulso de tal forma que receba o impacto do fluido. 
3.2.1 Generalidades Sobre os Medidores de Pressão 
Existe uma variedade muito grande de instrumentos medidores de pressão que, 
como já falamos, em termo de automação são classificados em função do elemento sensor 
primário, o qual, por sua vez pode fornecer uma leitura direta ou indireta. 
Depois da Segunda Guerra Mundial, os sensores de pressão passaram de um 
elemento defletor mecanicamente acoplado a um dispositivo de leitura (denominado de 
analógico) para um sensor de estado sólido com saída de sinal digital. Desta forma, nos dias 
atuais, os medidores de pressão são classificados, em função do elemento indicador, em 
dois grandes grupos: analógicos (figura 3.3 e 3.4) e digitais (figura 3.5). 
 
Fig. 3.4 – Medidor com mostrador analógico. 
 
 
Fig. 3.5 – Medidor com mostrador digital. 
Dependendo da forma como opera o elemento sensor, os medidores de pressão 
podem ser mecânico, eletromecânico, elétrico, eletrônico digital, inteligente, etc.. 
 
93 
Os mecânicos podem ser classificados em dois grupos: 
� O primeiro grupo inclui aqueles em que a medida da pressão é feita, equilibrando-se 
uma força desconhecida contra uma força conhecida. 
� O segundo grupo inclui os que empregam uma deformação quantitativa de uma 
membrana elástica. 
Os instrumentos eletromecânicos normalmente dependem de uma mudança física 
que possa ser detectada, indicada ou registrada eletronicamente. 
Em geral, os sensores empregados estão sujeitos a deslocamentos ou deformações 
mecânicas provocadas pelas forças exercidas das duas pressões monitoradas, 
principalmente nos instrumentos de pressão diferencial. Ao movimento opõem-se forças 
restauradoras – criadas, por exemplo, pelas propriedades elásticas do sensor, por molas 
externas, ou pela gravidade. 
Por mais popular que seja o manômetro analógico, o emprego dos dispositivos 
eletrônicos digitais (sensores), figura 3.6, vem tendo grande aceitação e a cada dia que 
passa maiores são suas aplicações. Isto se deve à necessidade de processamento 
automático de dados e às características dos instrumentos baseados na eletrônica digital: 
rápidos, versáteis, precisos, inteligentes e mais econômicos que os analógicos. A escolha 
do sensor ou indicador de pressão depende das seguintes especificações: 
� pressão de trabalho; 
� fidelidade; 
� alcance normal e valor máximo (span 
e range); 
� resposta de frequência; 
� vida útil; 
� estabilidade; 
� material de construção; 
� meio onde vai trabalhar; e 
� outras definidas no item 3.2.1 
(terminologia técnica). 
 
Fig. 3.6 – Sensor/transmissor de vazão. 
 
 
 
 
94 
3.2.2 Tipos de Técnicas para Medir a Pressão de pressão. 
São aparelhos destinados a medir pressão. As técnicas de obtenção de medida 
podem ser basear em princípios bem diferentes um dos outros. Podemos medir baseando-
se em deformação elástica dos materiais; equilíbrio de colunas líquidas e alterações 
nas propriedades elétricas. 
3.2.3 Barômetro. 
O barômetro é um tipo especial de manômetro que permite medir a pressão 
atmosférica, por isso é muito empregado na meteorologia. 
 
Você sabia? 
� Quem pela primeira vez empregou um dispositivo para medir a pressão atmosférica foi 
Torricelli e seu instrumento é conhecido como Tubo de Torricelli, onde o seu 
experimento foi conduzido pelo seu discípulo Vincenzo Viviani . 
Além de medir a pressão atmosférica, o barômetro servem também indiretamente, 
para: 
a) Previsão do tempo – Ao nível do mar, a pressão atmosférica no mesmo 
instante, geralmente, não tem o mesmo valor nos diferentes lugares. Por outro 
lado, a observação da indicação de um barômetro mostra que “num dado lugar, 
a pressão atmosférica varia mais ou menos rapidamente de uma hora para 
outra.” Em geral verificam-se certas coincidências entre os períodos de altas 
pressões e o bom tempo, de um lado, e de baixas pressões e mau tempo de 
outro lado. Além disso, as variações de pressão, altas ou baixas, precedem 
freqüentemente de algumas horas as variações do tempo. 
 
b) Medição da altitude – Quem, pela primeira vez, estabeleceu um pensamento 
sobre a possibilidade do barômetro servir para medir a altitude foi o francês 
Blaiser Pascal. Definiu ele que: “Se a coluna de mercúrio no barômetro era 
sustentada pela pressão do ar, então a sua altura no cume das montanhas 
devia ser menor que na base, visto a pressão do ar ser lá naturalmente 
menor.” E, em 1648, a pedido de Pascal, Du Perier subiu uma montanha e fez 
esta experiência, comprovando a teoria. Assim, acima do nível médio do mar, a 
pressão atmosférica diminui, pois, quanto mais alto é um ponto, menos 
quantidade de ar pesa sobre ele. Esta diminuição de pressão com a altitude é 
sensivelmente constante até algumas centenas de metros. 
 
 
 
95 
3 .2 .3 .1 Ba rôme tro de C iste r na . 
É um tipo especial em “ L”, como o 
mostrado na figura 3.10. O tubo de medida é 
lacrado na extremidade superior e esvaziado 
(para se obter vácuo) tanto quanto possível. A 
extremidade aberta é, então, inserida num 
recipiente com mercúrio. A pressão exercida na 
superfície do mercúrio o força a subir no tubo. A 
altura que o mercúrio alcança no tubo representa 
a pressão absoluta da atmosfera na hora e local 
de medição. 
Fig. 3.10 – Barômetro de cisterna. 
 
3 .2 .3 .2 Ba rôme tro Me tá l ic o ou Ane ró ide . 
O princípio desse instrumento foi descoberto por Vidi, e mede o valor da pressão 
atmosférica por simples leitura da posição de uma agulha sobre uma escala (figura 3.11). 
� Constitui-se de uma caixa metálica, cilíndrica, de dentro da qual se extraiu o ar. A face 
superior dessa caixa é canelada circularmente para torná-la mais sensível e levanta-se 
ou baixa-se, conforme a pressão exterior diminui ou aumenta. Os deslocamentos da 
face superior da caixa são transmitidos a uma mola e ampliados por um sistema de 
alavanca que atua sobre uma agulha. Esta agulha desloca-se diante de uma graduação 
indicando a pressão. 
 
Fig. 3.11 - Barômetro metálico. 
 
 
 
 
 
96 
3.2.4 Medidores de pressão por deformação elásticas dos materia is. 
São dispositivos que quando são submetidos a uma pressão exercida pelos fluídos 
que se deseja medi-lo, sofrem uma deformação elástica. Isto é, o elemento sensor retorna a 
sua posição inicial depois de cessado à força que o deformou. 
 
 P r inc íp io de Func iona me nt o . 
O funcionamento destes instrumentos se baseia na Lei de Hooke, cujo enunciado é 
o seguinte: “Dentro de um limite de elasticidade, a deformação provocada em corpo 
sólido é proporcional ao esforço aplicado sobre ele, ou seja, à força resultante”. 
Fórmula: F= Kx 
Onde: 
 F – força resultante 
 K – Constante de elasticidadedo tubo 
 X – Deslocamento da extremidade livre. 
Os principais tipos básicos de elementos elásticos, utilizados como sensores em 
instrumentos medidores de pressão: 
a) Tubo de Bourbon; 
b) Diafragma não metálico e metálico; 
c) Fole; 
 
3 .2 .4 .1 Ma n ô me tro de B ourd on. 
Entre os medidores de pressão que se baseia em deformação elástica, o manômetro 
do tipo tubo de bourdon é indiscutivelmente um dos mais requisitados e utilizados, com 
ampla faixa de aplicação na área industrial e nos processos industriais de navios. Esta 
preferência deve-se a sua inerente robustez, simplicidade e custo relativamente baixo. 
Ex.: hidróforos, pressão do óleo combustível da caldeira, pressão de saída dos 
gases inertes da torre de lavagem, pressão dos compressores responsáveis pela 
alimentação dos sistemas pneumáticos e linha de ar de instrumentação, pressão do sistema 
hidráulico responsável pelo acionamento dos lemes e etc. 
� Esse dispositivo de medição de pressão foi patenteado pelo engenheiro francês 
Eugène Bourdon, em 1852. 
 
 
97 
Conforme mostrado na figura 3.20, 3.21 e 3.22, os tubos de Bourdon podem ser 
fabricados nos seguintes tipos/formatos: “C”, espiral e helicoidal. 
 
 
Figura 3.20 
 
3.2.4.1.1 Tubo Bourdon Formato “C”: 
 
O principal componente desse tipo de medidor é o Tubo (Mola) Bourdon. Esse tubo 
é fabricado pelo processo de conformação mecânica em uma calandra. 
O bourdon constitui-se de um tubo metálico com seção paraelítica (oval), encurvando 
em forma de “C”, figura 3.21, tendo uma das extremidades fechada e conectada ao 
dispositivo de indicação/transmissão ou controle do instrumento e a outra extremidade 
aberta e conectada a um suporte (soquete) que serve de conexão ao processo cuja pressão 
será medida. 
Se a pressão no interior do tubo for maior que a pressão exterior, haverá uma 
tendência de sua seção de forma achatada se aproximar da forma circular. Essa pequena 
deformação força a curvatura da “letra C” para fora, e o tubo faz um pequeno movimento no 
sentido de assumir uma forma mais reta. Se fixarmos uma das extremidades, a posição da 
outra extremidade passará a ser função da diferença entre as pressões internas e externas. 
Se a pressão externa for à pressão atmosférica, como acontece na maioria das aplicações, 
esse tubo comporta-se como um sensor de pressão manométrica. 
 
98 
O formato “C” é adequado para medir pressões altas, até 7.000 Kgf/cm2. 
Usualmente, a menor pressão que ele é mede é de 1 Kgf/cm2 de vácuo. Para pressões 
menores que estas se empregam o formato espiral ou helicoidal. 
A máquina é constituída de pinhão, eixo, setor dentado, barra de acoplamento (link) 
e mola espiral. A máquina amplifica o pequeno movimento da extremidade livre do tubo e 
posiciona o ponteiro numa escala conveniente graduado em unidades de pressão. 
 
 
 
 
Fig. 3.21 – Manômetro de Bourdon formato “C”. 
 
 
 
99 
 
Fig. 3.22 – Tubo Bourdon formato helicoidal 
 
Fig. 3.23 – Manômetro de Bourdon de indicador analógico 
para refrigeração. 
 
3.2.4.1.2 Tubo de Bourdon formato em Espira e Helicoidal. 
Sã o p ra t i ca me n te t u bo s d e bo u rdo n e n ro la d o s e m h é l i ce 
c i l ín d r i ca o u e sp i ra l d e vá r io s p a ssos . A co nf ig u ra çã o e m h é l i ce o u 
e sp i ra l p ro p o rc io n a ma io r se n s ib i l i d a d e e u m d e s lo ca me n to d a 
e x t re mid a d e l i v re b e m ma io r e m co mp a ra çã o a o t u b o d e b o u rd on . 
Ass im se n d o , n ão é n e ce ssá r io a mp l i f i ca r o mo v ime n to do e le me n to 
se n s íve l , se n d o e s te l i g a d o d i re ta me n te a o me ca n ismo d e in d ica çã o o u 
re g is t ro d o in s t ru me n to . 
 
3 .2 .4 .2 Ma n ô me tro de D ia f ra g ma . 
O manômetro de diafragma é o melhor exemplo de medição de pressão por 
equilíbrio de força. 
O diafragma consiste normalmente de um elemento metálico, plano e corrugado em 
disco ou anéis flexíveis e concêntricos (figura 3.12), com área relativamente grande e com 
boa qualidade de vedação, instalado de tal maneira que sobre uma de suas superfícies 
possa ser aplicada a pressão a ser medida e a outra fica submetida á pressão de referência 
(pressão atmosférica, vácuo, etc.). 
Ligado a uma das superfícies, temos um pequeno êmbolo ou, o mais comum, uma 
mola, calibrada de forma a cobrir uma determinada faixa de medidas, normalmente bastante 
baixa. Acoplado à mola ou ao êmbolo (figura 3.13), por meios mecânicos, poderemos ter 
um ponteiro ou outro dispositivo que indique a pressão através da deformação sofrida pelo 
diafragma. 
 
100 
 
 
Fig. 3.12 – Diafragma metálico. 
 
Fig. 3.13 - Transdutor de pressão capacitivo com 
sensor de diafragma. 
Devido à força produzida pela pressão aplicada, o diafragma se deforma. A 
amplitude dessa deformação é transformada em medida de pressão pelo deslocamento do 
ponteiro em um dial com uma determinada escala, no caso do instrumento ser um indicador 
de pressão, ou é convertida em um sinal elétrico ou pneumático, se o instrumento atuar 
como sensor de pressão. È um instrumento empregado para medir pressões baixas. 
Os diafragmas utilizados são geralmente metálicos, e a flexibilidade é conseguida 
por meio de ondulações concêntricas em seu perfil. Os diafragmas podem ser montados 
isoladamente (figura 3.14) ou em conjunto com outros diafragmas (figura 3.15). Na 
montagem em conjunto, montam-se dois diafragmas “boca com boca” e aplica-se a pressão 
no interior da câmara formada. Dessa maneira, consegue-se maior amplitude de movimento. 
 
Você sabia? 
 
� A sensibilidade de um elemento de diafragma pode ser melhorada, aumentando-se o 
número de corrugações e diminuindo-se a sua altura. 
A sensibilidade de um elemento de diafragma pode ser melhorada, aumentando-se 
 
101 
 
Fig. 3.14 – Manômetro de diafragma simples. 
 
Fig. 3.15 – Manômetro de diafragma duplo (cortesia 
haenni). 
 
Os diafragmas também são empregados como elemento sensor dos 
transdutores/conversores de pressão elétricos ou pneumáticos (figura 3.13). 
3 .2 .4 .3 Ma n ô me tro de F o le 
É também chamado de “sanfona” ou, em inglês, “Bellows”. O fole é um tipo de 
sensor que consiste em um tubo metálico de paredes finas, fechado em uma de suas 
extremidades, que foi submetido a deformação permanente em seu perfil (inconsuteis), 
normalmente por meio de estiramento hidráulico ou por outros processos como: 
laminação e repuxamento. Essa deformação foi no sentido de produzir grandes variações 
no seu diâmetro ao longo do seu comprimento, dando ao tubo um formato “sanfonado”. 
Os materiais usados na sua construção devem ser flexíveis, dúcteis e de boa 
resistência à fadiga. Os mais empregados são: latão, bronze, cobre-berílio, liga de níquel e 
cobre, aço e metal monel. 
Você sabia? 
� Se for aplicada uma pressão na extremidade aberta, o fole se expandirá axialmente; 
cessada a ação da pressão, o fole volta à dimensão original. 
 
102 
 
Fig. 3.16 – Manômetro de fole. 
 
Fig. 3.17 – Fole aplicado como transdutor de pressão 
magnético tipo variação de indutância. 
Essa deformação pode estar baseada apenas na elasticidade de seu material, ou 
pode ser modificada através de mola, semelhante ao medidor de diafragma. O fole é muito 
utilizado nos transmissores de pressão pneumático ou como elemento sensor dos 
transdutores/conversores de pressão elétricos. 
O fole é empregado para medir pressões não muito altas, aproximadamente 
50 Kgf/cm2. Tem a vantagem de oferecer uma amplitude de movimento maior que a dos 
diafragmas, porém é mais caro. As figuras 3.17 a 3.19 mostram tipos de aplicação dos foles 
como elemento sensor de pressão em transdutores.3 .2 .4 .4 P rote ç ã o dos Ma nô me tro s. 
Nos processos industriais dos navios é freqüente a medição de pressão em linhas, 
vasos, fluídos com pressão pulsantes, instalações com índice de vibrações, produtos 
pesados, vapores superaquecidos, etc. 
 
3 .2 .4 .4 .1 P rote ç ã o Contra F lu ído s Co r ro s iv os. 
Para alguns fluídos corrosivos é suficiente o uso de bourdon de aço inoxidável ou 
com inclusão de Monel, resolvendo de forma simples o problema. Em outros casos é 
necessária a utilização de uma cápsula de selagem. 
 
103 
A cápsula de selagem se constitui em duas câmaras separadas por um diafragma 
metálico de aço inoxidável. Uma das câmaras se comunica com o elemento sensor do 
instrumento e é totalmente evacuada e cheia com um líquido que ocupa todo espaço. A 
outra câmara é quem entra em contato direto com o fluído sobre medição. 
Tornam-se inconvenientes para está técnica de medição o fator temperatura e a 
eventual presença de bolhas no sistema de selagem. 
Esses dois fatores são responsáveis por falseamentos na indicação da medida. 
 
3 .2 .4 .4 .2 P rote ç ã o Contra So l id i f ic a ç ã o à T e mpe ra tura Amb ie nte . 
A cápsula com diafragma é também utilizada quando o produto tem facilidade de 
solidificar-se a temperatura ambientes como é o caso de óleos pesados (HFO) e parafinas 
derivadas do petróleo. Neste caso, além da cápsula, outro sistema de proteção é 
empregado e, consiste no aquecimento das tomadas de impulso inclusive a cápsula, com 
vapor superaquecido que circula através de tubulações de cobre envolve as tomadas e 
tubulações (stream-tracing). 
 
 
 
 
104 
3 .2 .4 .4 .3 P rote ç ã o Contra Pu lsa ç õe s. 
Caso o manômetro seja submetido a pulsações freqüentes, variações bruscas do 
fluído que se deseja medir ou golpes de aríete, é necessário a instalação de amortecedores 
de choques e a restrição da tubulação com o seu afastamento da linha, com isso, 
evitaremos o desgaste prematuro das articulações do instrumento. 
 
3 .2 .4 .4 .4 P rote ç ã o Contra T e mpe ra t ura s E le va da s. 
Esse problema é freqüentemente quando a medição de pressão é feitas em linhas de 
vapor. No caso de temperaturas excessivas a proteção recomendada é a utilização de um 
Sifão ou serpentina de resfriamento. 
É recomendado a instalação de tubo sifão, quando a temperatura do processo 
ultrapassar os 60 ºC, visto que, a solda do elemento elástico (bourdon) é limitada à 
temperatura acima. Já em manômetros totalmente em aço inox, a solda é TIG, resistindo à 
100 ºC, porém com perdas de sua classe de precisão. 
 
 
105 
 
 
 
Transdutor de Indutância 
Quando uma corrente alternada flui através de uma bobina, pode ser induzida uma 
fem alternada numa bobina vizinha. Esse efeito é chamado de indução eletromagnética. O 
valor da fem induzida depende da distância entre as duas bobinas e da quantidade de 
material magnético presente. 
���� Exemplo 
� Na figura 3.17, o movimento do fole força o núcleo de ferro a mover-se ao longo do 
eixo das duas bobinas, montadas de topo entre si. As duas bobinas são conectadas em 
um circuito de ponte, de forma que, quando o núcleo de ferro estiver igualmente interno 
a cada bobina, não haverá voltagem indicada no voltímetro. Quando o núcleo de ferro 
estiver mais interno a uma bobina que a outra, o voltímetro indicará uma voltagem. 
Desta forma, a pressão que atua no fole e posiciona o núcleo de ferro é convertida em 
informação de voltagem. 
 
106 
 
Fig. 3.18 - Fole aplicado como transdutor de pressão 
tipo magnético de redutância. 
 
Fig. 3.19 - Fole aplicado como transdutor de 
pressão tipo resistência. 
 
3.2.5 - Medidores de Pressão por equilíbr io de Coluna Líquida. 
O funcionamento destes instrumentos se baseia no princípio dos vasos comunican_ 
tes, onde os níveis serão os mesmos senão houver fluxo de líquido entre eles 
Equilibrando-se uma força ou uma pressão desconhecida contra uma força 
conhecida, podem ser feitas medidas de pressão com manômetros de coluna líquida, de 
diafragma flácido, de campânula e de pistão. São os mais simples e mais baratos medidores 
de pressão. 
 
Fig. 3.7 – Manômetro de tubo em “ U “ – para 
medição de pressão absoluta. Fig. 3.8 – Manômetro de tubo em “ U “ – para medição 
de pressão diferencial. 
O funcionamento do manômetro de coluna líquida baseia-se no princípio de que: 
 
107 
� “a pressão hidrostática exercida por um líquido na parte inferior de uma coluna é 
diretamente proporcional a altura do líquido da coluna”. O funcionamento destes 
instrumentos se baseiam no princípio dos vasos comunicantes, que nos garante 
que o nível de vários vasos que se comuniquem entre si e contenham o mesmo 
líquido, será o mesmo senão houver fluxo de líquido entre eles. 
Os manômetros de coluna líquida constituem-se geralmente em um tubo com 
determinado formato, que contém líquido (água, óleo ou mercúrio), havendo uma escala 
graduada que relaciona os dois ramos do tubo. 
 
Funcionamento 
� Um dos ramos do tubo é ligado ao lugar do qual se deseja saber o valor da pressão. 
Essa pressão age sobre o líquido, fazendo-o descer em um dos ramos do tubo e, 
conseqüentemente, subir no outro ramo. A altura do líquido deslocado fornece, por meio 
da escala graduada, uma indicação direta da pressão diferencial. 
 
���� Exemplo: 
� o manômetro mostrado na figura 3.08 é constituído por um tubo com formato em “U” 
com ambas extremidades abertas, com as colunas líquidas cheias de mercúrio e 
possuindo uma escala graduada em milímetro de Hg. Verifica-se que, quando suas 
extremidades estiverem em contato com a atmosfera, a altura das duas colunas será a 
mesma e teremos indicado na escala o valor zero. Por outro lado, se o ramo do lado 
direito do tubo estiver ligado a um equipamento com uma determinada pressão, haverá 
um deslocamento da coluna, exemplificada como de valor quatro (4), correspondente a 
uma pressão acima da pressão atmosférica de 8 polegadas de Hg. 
Os principais líquidos usados são o mercúrio, água colorida, líquidos orgânicos 
(densidade inferior a água) e composto de bromo (densidade superior a da água). O líquido 
e a densidade escolhidos dependem da faixa (range) exigida pelo processo. Quando o 
líquido do manômetro é a água, o manômetro é usado para baixas pressões. A tabela a 
seguir indica as características dos principais líquidos empregados. 
 
 
LÍQUIDO SÍMBOLO PESO ESPECÍFICO 
PONTO DE 
EBULIÇÃO COR 
Água H2O 1,0 100 °C Avermelhada com metil orange 
Mercúrio Hg 13,59 357 °C Vermelho 
Tetra-cloreto de 
carbono CC 14 1,594 76 °C Arroxeada com iodo 
Álcool etílico C2 H5 OH 0,794 78 °C Azul 
 
108 
Tetra-cloreto de 
acetileno (CHBr 2 )
2
 2,95 240 °C Azul 
 
Tabela 3.1 – Líquidos Manométricos. 
 
���� Exemplo: 
� a densidade do mercúrio varia com a temperatura: 
 0° C ---------------------------- = 13,595; 
15° C ----------------------------- = 13,558; 
20° C ----------------------------- = 13,546. 
 
3 .2 .5 .1 Ma n ô me tro de T ubo e m “L” Inc l ina do. 
Dentre outros tipos de manômetro de coluna de líquido destacamos o de tubo em “L” 
inclinado (figura 3.9) que é similar ao de tubo em “U”, exceto um dos ramos, que é inclinado 
em uma posição quase horizontal. Essa construção possibilita que a mínima diferença ou 
mudança de pressão do fluido no outro ramo provoque uma mudança muito grande no nível 
da coluna líquida do manômetro. 
 
 
Fig. 3.9 - Manômetro em “L” inclinado 
Na figura 3.9, observamos que uma pequena diferença no nível de mercúrio, no tubo 
vertical de grande área (A2), apresenta uma grande mudança na posição do mercúrio no 
tubo inclinado de pequena área (A1). 
Você sabia? 
� A distância que o mercúrio percorre notubo inclinado é igual à altura do líquido no ramo 
vertical multiplicado pela cossecante do ângulo que o tubo inclinado faz com a 
horizontal. 
 
109 
O ponto de maior pressão é ligado ao ramo vertical e o de menor pressão, ou vácuo, 
ao ramo inclinado. Para medir pressão muito baixa, geralmente, utiliza-se um líquido mais 
leve que a água. A escala pode ser graduada em ¼ de milímetro, o que permite leituras 
exatas ao décimo de milímetro e a leitura é praticamente direta. Estes tipos de manômetros 
são usados, na maioria dos casos, para determinar as pressões diferenciais muito baixas na 
tiragem de caldeiras, pressões estáticas em sistemas de ar condicionado e pressões em 
fornalhas. 
3.2.6 Medidores de Pressão Elétr icos. 
Normalmente, na medição elétrica, uma deformação causada por pressão é 
convertida em uma grandeza elétrica, em seguida amplificada e depois indicada em um 
mostrador e/ou enviada a um controlador. É necessária uma alimentação elétrica auxiliar, 
porém esses instrumentos são robustos, precisos e de grande velocidade de respostas. São 
muito utilizados como transdutores/conversores de pressão. Os mais comuns são: o 
transdutor indutivo, já estudado, calibre de tensão (Strain Gauge) e o Piezoresistivo, porém 
o Bourdon formato “C” pode ser empregado como é demonstrado na figura 3.23. 
 
 
Fig. 3.23 – Tubo Bourdon “c” aplicado como transdutor/conversor de sinal de pressão para 
sinal elétrico. 
3 .2 .6 .1 Ca l ibre de te nsã o 
O calibre de tensão de resistência elétrica é um transdutor cujo funcionamento se 
baseia no princípio de que: 
� “se uma peça de fio metálico é tracionada, não somente se torna mais longa e mais 
estreita, como também sua resistência elétrica aumenta..” 
Quanto maior o esforço sofrido pelo fio, tanto maior o aumento da resistência. A 
informação na forma de uma variação de comprimento é convertida na forma de uma 
variação de resistência. 
 
110 
A figura 3.24 mostra um tipo de calibre de tensão, feito de fio de metal. O elemento 
de resistência é montado sobre apoio de metal, de forma que, quando não é ligado à 
superfície de um metal, ficam isolado eletricamente do metal. 
Em uso, os calibres de tensão são ligados à superfície do componente para o qual se 
deseja a tensão de superfície. É importante quem a ligação seja feita cuidadosamente para 
que, quando a superfície for tencionada, o calibre de tensões seja tencionado e não 
escorregue. Para assegurar uma boa ligação, a superfície deve ser cuidadosamente 
preparada- em geral levemente desbastada e depois desengordurada. Então o adesivo 
prescrito pelo fabricante deve ser utilizado, de acordo com as instruções, e obedecido todo o 
tempo de secagem antes de o calibre ser utilizado. 
Quando a temperatura de um resistor varia, sua resistência também varia. 
Assim, um calibre de tensão é sensível tanto a esforços como a temperaturas. As variações 
de resistência produzidas pelas variações de temperatura podem ser comparadas com as 
variações de resistência produzidas por esforços. 
Assim, na utilização de um calibre de 
tensão para medição de esforços, os efeitos 
de quaisquer variações de temperatura 
devem ser eliminados. Freqüentemente isso 
é feito com o uso do chamado “calibre- 
fantasma”. Esse é um calibre de tensão de 
mesma resistência que o calibre que está 
sendo tencionado, conhecido como calibre 
ativo, e montado numa peça de mesmo 
material que o calibre ativo. A peça de 
material, no entanto, não está sujeita a 
tensão. 
 
Fig. 3.24 – Medidores de tensão tipo fio de metal. 
Os calibres ativo e fantasma são ligados a um circuito de medição de tal maneira que 
os efeitos de temperatura nos dois calibres cancelam-se, restando somente a diferença 
entre os dois resultantes da tensão a ser medida. 
 
111 
3 .2 .6 .2 Se nsore s P ie zore s ist i vo s. 
 
Fig. 3.25 – Sensor de pressão/tensão elétrico (Strain Gauge). 
O princípio físico em que esta baseada o funcionamento do sensor piezoresistivo é o 
da alteração da resistência elétrica, a qual é determinada pela fórmula a seguir: 
 P.L 
R =  
 S 
R = resistência; 
P = resistividade; 
L = comprimento; 
S = área seccional. 
� Submetendo-se um fio de resistência elétrica a uma determinada pressão ou a uma 
determinada tensão por meio de uma força derivada da pressão, haverá uma 
determinada alteração de resistência. 
Ou seja: o aumento no comprimento (L) simultaneamente à diminuição do 
diâmetro/área (S) resulta no aumento da resistência (R). O instrumento funciona com uma 
resistência variável, quando submetido a uma pressão/tensão. A figura 3.25 e 3.26 ilustra 
um sensor desse tipo. 
 
Fig. 3.26 – Sensor de pressão elétrico tipo Strain gage 
 
 
 
112 
 
3 .2 .6 .3 Me d idore s de Pre ssã o P ie ze lé t r ic o . 
 
� A palavra “piezo” é derivada do grego e significa pressão. Em 1880, Jacques e Pierre 
Curie descobriram que a pressão mecânica aplicada a um cristal de quartzo provoca o 
surgimento de um potencial elétrico. Chamaram o fenômeno de efeito piezelétrico. 
Posteriormente descobriram que, aplicando um sinal elétrico ao cristal, o mesmo 
deforma-se (fenômeno denominado efeito piezelétrico reverso). 
As primeiras aplicações desses cristais foram feitas em detectores de submarinos na 
Primeira Guerra Mundial. 
Os transdutores de pressão piezelétricos são construídos com 
materias que produzem uma diferença de potencial quando submetidos a 
uma deformação mecânica. Isto acontece porque, quando são submetidos a 
uma força(tensão) sof rem uma deformação, apresentando suas estruturas 
atômicas desalinhadas, onde poderá ser vista na f igura abaixo antes e 
depois da aplicação de uma pressão, com isso, podemos concluir que geram 
uma corrente elétrica com a falta de simetria da sua estrutura cristalina. 
Este sensor não é ut i l izado para medição de pressões estát icas, mas 
sim de pressões dinâmicas, tal como ocorre em explosões dentro do cil indro 
de um Motor de Combustão Principal. 
Os cristais naturais que apresentam o efeito piezelétrico são: 
Quartzo, a turmalina, o sal de Rochelle, etc. 
Atualmente, o material desenvolvido que apresenta uma maior 
intensidade do que os relatados acima é o Titanato Zirconato de Chumbo 
(PZT). 
 
113 
 
 
As principais vantagens dos transdutores piezelétricos consistem na robustez, na sua 
independência de partes eletrônicas para uma pré-amplificação, possui faixas largas de 
pressões com resposta rápida da ordem microssegundos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
114 
3.3 MEDIDORES DE TEMPERATURA 
Introdução 
Uma alteração da temperatura indica alguma anormalidade e deve ser eliminada 
imediatamente. Na manutenção preventiva, a medida da temperatura informa que, quando 
se trata de uma elevação originada pela transmissão via fluidos ou via corrente elétrica, a 
informação é global e há necessidade de verificar quais são os pontos quentes. Quando a 
elevação da temperatura é devida ao atrito entre peças que se movimentam ou é devida à 
combustão, há um defeito no mecanismo ou a combustão é inadequada (incompleta). 
Como sabemos, os instrumentos que nos fornecem essas informações são os 
termômetros e os pirômetros, porém muitas das vezes há grande conveniência em medir a 
temperatura de uma instalação inteira, o que somente com estes instrumentos não será 
possível. 
Presentemente com o desenvolvimento da termografia, são utilizados filmes 
coloridos sensíveis aos infravermelhos que, por meio de escalas de cores no próprio filme, 
permite medir diretamente a temperatura de grandes áreas. 
Tanto nos navios como nas instalações industriais modernas é bastante comum o 
sensor de temperatura estar ligado a um dispositivo eletroeletrônico (termostato) quedesliga 
o equipamento quando a temperatura supera um valor pré-fixado. Tal procedimento constitui 
o desligar em função da temperatura máxima ou mínima. Entretanto, dificilmente o sensor 
elétrico permanece junto a zona onde a temperatura é importante, mas sim a alguma 
distância. 
 
 
 
Num mancal, por exemplo 
(figura 3.27), o sensor fica na face 
externa, enquanto que o interesse 
maior situa-se na interface eixo-
mancal. Nesses casos, a temperatura 
na interface é bem superior à medida 
indicada pelo termômetro. Para 
superar esse problema é comum 
estabelecer o ponto de ajuste, numa 
temperatura mais baixa, com tal 
procedimento, as paradas e 
interrupções são freqüentes e inúteis, 
tornando o método inadequado. 
 
Fig. 3.27 – Conjunto eixo-mancal. 
 
115 
Nos últimos anos, o controle passou a ser feito com base no gradiente de 
temperatura máxima (gradiente térmico), determinado por microprocessador que recebe o 
sinal do sensor que mede a temperatura. 
Você sabia? 
� Gradiente térmico é um vetor perpendicular (normal) a uma superfície isotérmica na 
mesma direção do aumento de temperatura e numericamente igual à derivada da 
temperatura nesta direção. (Termotecnia, por A. P. Baskatov) . 
 dt 
Gradiente Termico = --------- 
 dy 
Assim sendo, quando mais avançam os conhecimentos tecnológicos, mais 
sofisticados vão ficando os controles de medida de temperatura. Pode ser que neste 
momento já existam meios mais avançados que deixamos de mencionar, portanto não se 
limitem apenas aos conhecimentos que serão transmitidos aqui, visto que trataremos 
apenas dos sensores de temperatura em um todo, o que será apenas um início no imenso 
campo que necessitarão conhecer. Ou seja, deverão pesquisar de modo a conhecer todos 
os meios de medição de temperatura que existam nos navios, para que possam 
desempenhar as suas funções com segurança e conhecimento de causa. 
� A medição da temperatura a bordo dos navios é exigida em todos os casos nos quais a 
aplicação de calor ou frio é necessária para o controle de um processo ou operação de 
manobra. 
 
3.3.1 Temperatura 
Todas as substâncias acham-se constituídas por uma enorme quantidade de 
pequenas partículas que denominamos de moléculas, as quais encontram-se em contínuo 
movimento. 
� Quanto mais rápido o movimento das moléculas, mais quente se encontra o corpo, e, 
quanto mais lento o movimento, mais frio se apresenta o corpo. 
A isto denominamos de potencial térmico de uma substância ou de um corpo. O 
número dado a esse atributo é o grau de temperatura. Então, podemos definir que: 
� a temperatura é o grau de calor ou de frio representado em uma escala definida; 
� a temperatura de um corpo exprime a intensidade de calor, mas não a quantidade (a 
quantidade é dada em calorias); 
� calor é transferido do corpo mais quente ao corpo mais frio. 
 
116 
A qualidade, a precisão da medida e a rapidez com que pode ser feita a medição da 
temperatura depende da aplicação e do tipo de instrumento empregado. Assim podemos ter 
simples indicadores ou um registrador ou controlador mais complexo como os atuais CLPs 
ou ainda os instrumentos inteligentes. 
3 .3 .1 .1 Esc a la s de T e mpe ra tura 
Um dos primeiros requisitos para a medição de temperatura é estabelecer uma 
escala a ser usada no instrumento de indicação, registro ou controle. 
As principais unidades de temperatura são: 
a) Celsius (°C), que divide o intervalo de temperatura em 100 partes ou graus, 
sendo o 0ºC o ponto de congelamento da água e 100ºC o ponto de ebulição; 
b) Fahrenheit (°F), que divide o intervalo de temperatura, em 180 partes, ou graus, 
sendo 32ºF o ponto de congelamento da água e 212ºF o ponto de ebulição; 
c) Kelvin (°K), que define uma escala absoluta de temperatura, sendo o zero 
absoluto (0ºK) a temperatura teórica mais baixa, ou seja, aquela em que cessa 
todo o movimento molecular e, portanto não existe mais calor; 
d) Rankine, que divide a escala de temperatura semelhante a Fahrenheit, e 
491,7ºR eqüivale a temperatura de congelamento da água e 671,7°R a 
temperatura de ebulição da água. 
Porém, as unidades fundamentais utilizadas, tanto nos navios como na indústria, são 
a Celsius e Fahrenheit. Muitas escalas são convenientemente feitas com as duas unidades 
de medidas. 
 
117 
Como podemos ver, fundamentalmente, as escalas Celsius e Fahrenheit medem as 
mesmas diferenças de temperatura, mas valores diferentes foram arbitrariamente escolhidos 
como pontos fixos, sobre os quais se baseia cada sistema, assim como para as escalas 
Rankine e Kelvin. Porém, há uma relação simples entre elas, como se vê na figura 3.28, e 
comprova-se nas equações a seguir. 
Para converter 
� Graus Kelvin (°K) em graus Celsius (°C), subtrai-se -273,2 de °K 
� Graus Celsius (°C) em graus Fahrenheit (°F), aplica-se a equação 
 9 
°F = ------- . ( °C + 32) ou °F = 1,8 . °C + 32 
 5 
� Graus Fahrenheit (°F) em graus Celsius (°C), aplica-se a fórmula 
 5 
°C = ------- . ( °F - 32) 
 9 
� Graus Fahrenheit (°F) em graus Rankine (°R), aplica-se a fórmula: 
°R = °F + 459,7 
Pontos Fixos de Temperatura 
São as medidas exatas de temperatura de determinados elementos químicos que 
foram tomadas como base, por poderem ser reproduzidas (ver figura 3.28). 
���� Exemplos: 
� Ponto de ebulição do oxigênio = − 182,97°C; 
� Ponto de ebulição da água pura = + 100,000°C; 
� Ponto de ebulição do enxofre = + 444,60°C; e 
� Ponto de fusão da prata = + 960,80°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
118 
 
 
Ponto de Fusão 
 
Tungstênio 
Carbeto de Titânio 
Tântalo 
Dióxido deZircônio 
Molibdênio 
Irídio 
Boro 
Alumina 
Ródio 
Nióbio 
Cromo 
Titânio 
Vanádio 
Sílica 
Níquel 
Silício 
Berílio 
Urânio 
Cobre 
Ouro 
Prata 
Rádio 
Germânio 
Cloreto de Sódio 
Estrôncio 
Alumínio 
Magnésio 
Zinco 
Chumbo 
Cádmio 
Bismuto 
Estanho 
Selênio 
Enxofre 
Água 
Mercúrio Sub. 
Árgon 
Nitrogênio 
Hidrogênio 
Graus °C 
 
3370 °C 
3140 °C 
3027 °C 
2715 °C 
2620 °C 
2454 °C 
2300 °C 
2020 °C 
1985 °C 
1950 °C 
1890 °C 
1800 °C 
1710 °C 
1710 °C 
1455 °C 
1420 °C 
1280 °C 
1113 °C 
1083 °C 
1063 °C 
961 °C 
960 °C 
958 °C 
801 °C 
760 °C 
660 °C 
651 °C 
420 °C 
327 °C 
320 °C 
271 °C 
232 °C 
220 °C 
113 °C 
0,000 °C 
− 39 °C 
− 78,5 °C 
− 189 °C 
− 210 °C 
− 259 °C 
 
Fig. 3.28 - Faixa de uso dos dispositivos de medição de temperatura. 
 
119 
Princípios Físicos das Medições de Temperatura 
As temperaturas são deduzidas a partir de seus efeitos sobre uma substância, cujas 
características são conhecidas. 
Os princípios físicos básicos que permitem deduzir a temperatura são os 
seguintes: 
� expansão de um liquido, de um gás ou de um sólido; 
� a tensão de vapor de um liquido; 
� potencial elétrico produzido por metais diferentes em contato; 
� alteração na resistência elétrica; 
� intensidade da radiação total ou da radiação de uma faixa particular de comprimento de 
onda mantida por um corpo aquecido. 
3 .3 .1 .2 C la s s i f ic a ç ã o dos Me d idore s de T e mpe ra tura 
Há vários modos de classificarmos os sensores de temperatura. De forma particular, 
adotamos a classificação mostrada no quadro da tabela 3.6. 
 • Termômetro de liquido com bulbo de vidro. 
Sistema Termométrico Expansão • Termômetro bimetálico. 
 
de Enchimento • Diafragma 
 Pressão Mola • Fole 
 • Bourdon 
 
 
 • Ponte de Wheatstone de deflexão ou balanceada 
 
 
 
Sistema 
• Ponte Balanceada de: Collande Graffiths, Dupla 
Resistência, Variável, Mueller e Capacitância com 
Resistência de: 
• Platina• Níquel 
• Cobre 
Termométrico • Grânulos 
 • Provas 
de Resistência • Termistores • Haste 
 • Disco 
 • Material semicondutor 
 
 
 • Cobre-Constantan 
 
 • Ferro-Constantan 
 
Par-Termoelétrico • Cromel-Constantan 
 
(Termopar) • Cromel-Alumel 
 
 • Platina-Platinumradio tipo R e S 
 
 
 
 • Radiação • Lentes 
 
Pirômetros • Espelho 
 
 • Ótico 
 
Tabela 3.2 - Classificação dos Sensores de Temperatura. 
 
120 
3.3.2 Termômetro de Líquido com Bulbo de Vidro 
 O funcionamento destes medidores se baseia no princípio de 
expansão volumétrica dos líquidos, ou seja, na dilatação dos líquidos. 
 
Você sabia? 
� As substâncias minerais se dilatam com o aquecimento e contraem-se com o 
esfriamento, segundo uma lei de expansão volumétrica a qual relaciona seu volume 
com a temperatura e um coeficiente de expansão que é próprio de cada material. 
 
As figuras 3.29 e 3.30 nos mostra tipos destes termômetros. 
 
Fig. 3.29 – Nomenclatura do termômetro industrial de bulbo de vidro. 
Por muitos anos o liquido mais empregado para este tipo de termômetro tem sido o 
MERCÚRIO, porém, devido ser nocivo à saúde contaminante e tóxico ao meio ambiente, 
atualmente não se recomenda a sua utilização principalmente em controles de caldeira e 
equipamentos que apresentem risco de ruptura ao vidro. A tabela a seguir lista os principais 
líquidos empregados. 
 
 
 
121 
LÍQUIDO COEFICIENTE DE EXPANSÃO 
( B x 10 3) 
CALOR 
ESPECÍFICO 
Água 
Tetracloreto de carbono 
Tuleno 
Álcool etílico 
0,25 
1,1 
1,1 
1,1 
1,0 
0,2 
0,4 
0,5 
Tabela 3.3 – Coeficiente de expansão de alguns líquidos. 
 
Como é o Funcionamento? 
� A expansão volumétrica do líquido é maior que a do vidro, assim, quando ocorre a 
transferência de calor ao bulbo de vidro, o líquido se expande mais rapidamente que o 
bulbo de vidro e esta diferença na expansão aliada ao princípio da capilaridade permite 
ao líquido subir no tubo capilar de vidro (menisco), que é fixo ao bulbo. È interessante 
ressaltar que a expansão observada na escala é a diferença entre a dilatação do líquido 
e do bulbo de vidro. l 
� 
� Em razão de o líquido subir uniformemente com a temperatura, o tubo capilar pode ser 
calibrado de acordo com uma escala graduada de temperatura. Para temperaturas 
moderadas, na faixa que vai do ponto de congelamento do líquido até à 
aproximadamente 35 °C o espaço acima do fluído é vácuo. Isto é conseguido da 
seguinte maneira: 
� Depois de o bulbo e de o tubo capilar serem preenchidos com o líquido adequado, o 
bulbo é aquecido à máxima temperatura a que o termômetro poderá ser usado. A 
extremidade do tubo capilar é, então, fechada. Quando o bulbo arrefece, o líquido 
desce no tubo capilar, gerando-se um vácuo parcial sobre ele. 
 
Os termômetros do tipo bulbo de vidro podem variar conforme sua construção, na 
qual pode ser visto na fig. 3.30. 
1. Com recipiente de vidro transparente. 
2. Com recipiente metálico. 
O recipiente metálico relato acima tem uma função muito importante que é proteger o 
bulbo contra choques mecânicos ou picos de pressão produzidos por um determinado tipo 
de fluído como vapor e também permite a sua utilização em vasos pressurizados. 
 
 
122 
 
 
Fig. 3.30 - Termômetros de líquido com bulbo de vidro. 
Para estender a faixa acima de 600°C, o espaço acima do líquido é cheio de 
nitrogênio, ou CO2 sob pressão para reter o ponto de ebulição do líquido. Para medição de 
baixas temperaturas, faixa de ¯ 196°C a 100°C,usa-se o pentano; e, em faixa de 80°C a 
100°C, usa-se álcool ou tuleno. 
� As escalas dos termômetros de líquido de bulbo de vidro podem ser gravadas 
(cravadas) diretamente no bulbo de vidro (tubo capilar) por uma técnica especial 
denominada de “ etched " (cravar ou cauterizar) 
Os termômetros de líquidos com bulbo de vidro podem ser empregados em: 
a) Compartimentos cobertos ou fechados e nos quais a leitura da temperatura é no 
próprio local; 
b) Onde forem toleradas exatidões de até 1% de escala; e 
c) Onde as respostas podem ser lentas. 
 
123 
3.3.3 Termômetro Bimetálico 
Como é o Funcionamento? 
� Os termômetros metálicos têm o seu funcionamento baseado no princípio físico do 
diferencial existente entre dois metais com coeficiente de dilatação térmica diferente 
que quando estes são submetidos a uma variação de temperatura, efetivamente 
sofreram uma flexão térmica, na qual será transmitido da haste para ponteiro que 
medirá a temperatura através de uma escala na forma circular graduada e calibrada. . 
 
 
 
Fig. 3.31 – Princípio da dilatação térmica dos metais. 
 
Fig. 3.32 - Nomenclatura do termômetro bimetálico. 
Características Construtivas: 
� São duas lâminas metálicas “ 
� São duas lâminas metálicas "Alloys" (figura 3.31) justapostas uma em cima da outra 
com características físicas diferentes, mas com alto coeficiente de dilatação térmica 
como o cobre, e outra com baixo coeficiente de dilatação térmico como o INVAR (36% 
Ni, 64% Fe, fundidas), que são comumente enrolados em forma de espiral ou hélice, o 
que aumenta bastante a sensibilidade com a variação da temperatura (figura 3.32). Sua 
extremidade superior é fixa a um eixo o qual possui na ponta um ponteiro que girará 
sobre uma escala de temperatura. 
 
124 
 
Fig. 3.33 - Tipos de elementos bimetálicos. 
 
Fig. 3.34 - Indicação da temperatura no 
termômetro bimetálico. 
Qual é a aplicação? 
a) São usados para fins industriais e laboratoriais. O tipo industrial tem uma constituição 
mais robusta, o que causa uma pequena perda de fidelidade e velocidade de resposta. 
Processos como refinação de óleo e temperatura dos tanques de decantação usam os 
termômetros bimetálicos. 
b) Aplica-se a medição de temperaturas de –185ºC a 650ºC, porém nas temperaturas 
muito altas, não pode ser com base contínua, pois o elemento bimetálico tende a 
superesticar (fadiga térmica), causando infidelidade permanente. 
c) Também é muito aplicado como elemento de compensação nos sistemas termométricos 
cheios com fluido expansivo. 
 
 
 
Vantagens: 
a) Tem baixo custo; 
b) É simples de usar; 
c) Disponíveis com muitas faixas de 
medições; 
d) O mecanismo é robusto, adequado para 
instalações industriais; 
e) A leitura é direta; 
f) Não necessita de energia auxiliar 
(baterias, etc.); 
Desvantagens: 
a) Não é adaptável para leituras remotas; 
b) Não é tão exato; 
c) Não é recomendável para leituras 
transiente devido o elevado tempo de 
resposta; 
 
Fig. 3.35 - Indicador de temperatura tipo bimetálico com mostrador redondo. 
 
125 
 
3.3.4 Termômetro Tipo Pressão Mola 
Os termômetros de Líquido com Bulbo de Vidro e os Bimetálicos são projetados para 
medição de temperaturas no local, ou seja, são colocados na substância no local onde se 
quer medir e aí mesmo faz-se a leitura. Mas na indústria, muito freqüentemente, é 
necessário medir num ponto e ler num outro ponto. Por essa razão criaram-se os 
termômetros tipo Pressão Mola. Esses termômetros podem ser usados para: 
a) leituras continuas; 
b) indicação remota de temperatura; e 
c) operação de alarme em sistema de controle. 
Os termômetros de pressão-mola são classificados pela Instrument Society of 
America Standards em quatro classes básicas, a saber: 
a) Classe 1. cheio de líquido volátil (exceto mercúrio); 
b) Classe 2. pressão de vapor; 
c) Classe 3. cheio de gás; e 
d) Classe 4. cheio de mercúrio. 
As figuras 3.36 e 3.37 nos mostram típicos termômetros de pressão mola de 
enchimento com líquido. Consiste em um tubo de Bourdon conectado a um bulbo metálico 
por meio de um tubo de liga especial de pequeno orifício, conhecido como tubo capilar ou 
tubo Accuratus, sendo o volume interno totaldo bulbo e tubos preenchidos com líquidos de 
alto coeficiente de expansão volumétrica. 
O princípio de operação desses instrumentos está baseado na expansão térmica, 
similar aos termômetros de mercúrio em bulbo de vidro. 
 
 
126 
Fig. 3.36 – Nomenclatura do termômetro de Bourdon de mola espiral 
 
 
Ver na figura abaixo um exemplo de medidor de temperatura do tipo expansão volumétrica. 
 
 
 
 
Basicamente, esses termômetros são constituídos pelos elementos seguintes: 
1. Bulbo Metálico, onde fica o fluido expansivo. 
2. Fluido Expansivo - que pode ser um líquido volátil ou um gás. Exemplos: 
Mercúrio, Álcool, Vapor d'água, etc. 
3. Soldadura – que liga o bulbo com o tubo Accuratus. 
4. Tubo Accuratus (Tubo Capilar) - é um tubo feito de material especial (no caso 
de aço inoxidável) e que tem um coeficiente de dilatação térmica selecionado de 
modo que o volume efetivo do orifício capilar aumente com a temperatura 
apenas o suficiente para que mantenha em seu interior o volume expandido do 
líquido volátil ou do gás (no caso mercúrio). Há tubos Accuratus com mais de 60 
metros. 
5. Orifício Capilar – corresponde ao diâmetro do tubo capilar. 
 
 
 
127 
ATENÇÃO! 
� Lembre-se de que capilares ou capilaridade são fenômenos em que um líquido em 
contato com um sólido sobe, se molha esse sólido; ou desce, se não o molha. 
Característica que esta aparentemente em contradição com as leis da hidrostática. 
6. Mola Bourdon - é o principal componente destes tipos de termômetros 
 
Fig. 3.37 – Tubo/mola de Bourdon formato helicoidal. 
A seleção do tipo de termômetro de pressão mola para uma aplicação particular 
depende de alguns fatores, entre os quais o domínio de temperatura útil no local da 
medição. Se o termômetro de pressão mola é usado somente como um indicador, um 
simples mostrador, como o da figura 3.35, pode ser utilizado. 
Se for para fazer registo, o instrumento pode ser um sistema com bulbo e tubo 
capilar muito curto localizado na carcaça do registrador, como mostra a figura 3.38a, ou 
então pode ter um sistema de tubo capilar longo para leituras mais distantes, como o 
mostrado na figura 3.38b. 
 
3 .3 .4 .1 T e rmôme tro de Bo urdon Enc h ime n to c om L íq u ido 
Como é o Funcionamento? 
� Quando o bulbo esta imerso na substância quente, provoca a expansão do líquido 
volátil. Isto causa um aumento da pressão, fazendo com que o dispositivo pressão-mola 
desenrole-se. Um indicador, registrador ou um mecanismo de controle são cravados no 
tubo Bourdon e atuam através dos movimentos deste. Não se deve esquecer de que há 
também aplicação do princípio da capilaridade e da relação proporcional tensão x 
deformação da Lei de Hook. 
A medição da temperatura através da pressão é baseada na variação do volume. 
Visto que a pressão varia em função da temperatura, logo, quando a temperatura aumenta 
há um aumento da pressão que atua em proporção no dispositivo pressão mola e indica a 
temperatura. 
 
128 
O sistema é completamente selado e para quaisquer problemas com efeito de 
pressão de vapor ou de diferença na altura entre a posição do bulbo e o medidor, o sistema 
é pressurizado em volta de 70 bar no tipo enchimento com mercúrio. Durante a operação, 
qualquer variação na temperatura que está sendo medida varia o volume do líquido e esta 
troca de volume é transmitida ao tubo Bourdon, através da pressão. 
O instrumento tem um relacionamento linear com a variação de temperatura, a faixa 
de operação é aproximadamente de –39ºC até 520ºC para o mercúrio, e a força é suficiente 
para operar um ponteiro com pena de um registrador (figura 3.38) ou um transdutor 
pneumático (bico palheta). 
Se o tubo capilar, o qual tem diâmetro aproximadamente de 0,2 mm, ou o tubo 
Bourdon estão sujeitos a diferenças apreciáveis de temperatura em relação àquela na qual 
foi feita a calibração, poderão surgir erros nas medições. 
Para distâncias menores de 15 metros, a sutileza do tubo capilar não produz nenhum 
erro apreciável. A fim de manter o sistema com boa resposta, deve ser feita uma 
compensação pelos meios que serão estudados mais adiante. 
Como sabemos, o bulbo expande-se com a variação da temperatura, mas esta 
expansão é muita pequena, comparada com a expansão do líquido volátil. Por isso, este 
efeito é desprezível. 
Fig. A – Tubo capilar curto 
 
Fig. B – Tubo capilar longo 
Fig. 3.38 – Registrador de temperatura. 
 
 
129 
Se o coeficiente de expansão volumétrica do bulbo e do líquido são similares, o 
efeito total reduz a expansão do líquido para uma certa faixa de medição. Se o termômetro 
foi bem calibrado, tolerâncias (distinções) podem ser feitas para pequenas variações no 
coeficiente. 
Não esqueçamos que nenhum fluido tem comportamento ideal. Entretanto, estes 
medidores são suficientemente precisos para encontrar grandes aplicações na indústria e 
nos navios. 
3 .3 .4 .2 T e rmôme tro de Bo urdon de Enc hime nto L íq u ido e Va por 
Este tipo de termômetro de pressão-mola (figura 3.39) difere dos tipos de líquido e 
gás. Vapor não expedem uniformemente, como líquido e gás expande. Por isso, as 
graduações nas escalas são mais afastadas para leituras altas do que para leituras baixas. 
Isto aumenta a capacidade de leituras entre as linhas. 
Princípio de funcionamento 
O funcionamento de todos os medidores/sensores enchidos com vapor baseia-se na 
relação entre a pressão do vapor e a temperatura do líquido. 
� A temperatura é determinada na superfície livre (tensão superficial) entre o líquido e o 
vapor. Isto significa que tanto o estado gasoso quanto o líquido estão presentes e a 
pressão de vapor é suficiente para impedir futuras transformações de líquido em vapor. 
À medida que a temperatura aumenta, mais liquido se torna vapor e exerce mais 
pressão no tubo de Bourdon, o que faz com que ele se estire (movimente-se). Quando a 
temperatura cai, o vapor passa a liquido e reduz-se a pressão, resultando numa contração 
do tubo de Bourdon e do capilar com liquido. 
O termômetro da figura 
3.38 tem a sua constituição 
semelhante ao enchimento de 
líquido, porém o sistema é 
parcialmente enchido com um 
líquido volátil do tipo: 
a) cloreto de metila; 
b) éter; 
c) butano; 
d) nexano; 
e) propano; 
f) tuleno; e ou 
g) dióxido de enxofre. 
 
Fig. 3.39 - Termômetro pressão-mola de enchimento 
líquido e vapor. 
 
 
130 
Como a substância de enchimento estará sempre no estado líquido, na parte mais 
fria do sistema, o aparelho deverá conter uma quantidade suficiente de substância a fim de 
que a interface do líquido e vapor esteja sempre situada no bulbo. 
Pode ser utilizado numa faixa de –10ºC até 300ºC e não existe erro devido à 
variação da temperatura ambiente; eles podem ser usados com comprimentos de capilar de 
até 60m sem compensação. A escala é não linear e o sistema tem um considerável atraso 
de tempo no registro de variações de temperatura. O bulbo e o tubo capilar são geralmente 
construídos em aço inoxidável, bronze e chumbo e podem ser revestidos com plástico. 
3.3.5 Termômetro de Bourdon de Enchimento Líquido e Gás 
Novamente estes contém os mesmos elementos básicos como os dois tipos 
anteriores, o sistema é evacuado e preenchido com nitrogênio ou hélio sob alta pressão. O 
funcionamento desse termômetro é baseado na lei dos gases de Charles, em que: 
� se o "volume do gás" for constante, a pressão absoluta elevar-se-á com o aumento 
absoluto da "temperatura" total ou parcial do gás, ou melhor: 
� se a massa e o volume de gás são considerados constantes, então, a pressão absoluta 
no sistema é proporcional à temperatura, de maneira que uma variação da temperatura 
no bulbo irá mostrar uma troca da pressão no tubo Bourdon. 
Suas principais características são: 
a) A deflexão