Trabalho MANOMETROS E MEDIDORES DE PRESSÃO

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
MANOMETROS E MEDIDORES DE PRESSÃO
Trabalho da disiplina Fenômenos de Transporte
Tutor: Prof. João Domingos Covello Carregosa
Aracaju/Se
2022
Sumário
1.	A Medição de Pressão e um Pouco de História	3
2.	Manômetro	4
3.	Pressão absoluta, calibre e diferencial – referência zero	5
4.	Transmissores de Pressão	8
5.	Manômetro digital e manômetro wireless	9
6.	Unidades de Pressão no Sistema Internacional (SI)	10
7.	Referencias	11
MANOMETROS E MEDIDORES DE PRESSÃO
1. A Medição de Pressão e um Pouco de História
	A medição de pressão é ponto de interesse da ciência há muitos anos. No final do século XVI, o italiano Galileo Galilei (1564-1642) recebeu patente por um sistema de bomba d’água usada na irrigação (Curiosidade: em 1592, usando apenas um tubo de ensaio e uma bacia com água, Galileo montou o primeiro termômetro. Ele colocou um tubo com a boca para baixo, semi-submerso na água. Assim, quando o ar de dentro do tubo esfriava, o volume diminuía e subia um pouco de água dentro do cilindro de vidro. Quando o ar esquentava, o volume aumentava e a água era empurrada para fora. O nível da água, portanto, media a temperatura do ar.). O coração de sua bomba era um sistema de sucção que ele descobriu ter a capacidade de elevar a água no máximo 10 metros. A causa desse limite não foi descoberta por ele, o que motivou outros cientistas a estudarem esse fenômeno.
Em 1643, o físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) desenvolveu o barômetro. Com esse aparelho, avaliava a pressão atmosférica, ou seja, a força do ar sobre a superfície da terra. Ele fez uma experiência preenchendo um tudo de 1 metro com mercúrio, selado de um dos lados e mergulhado em uma cuba com mercúrio do outro. A coluna de mercúrio invariavelmente descia no tubo até cerca de 760 mm. Sem saber exatamente o porquê deste fenômeno, ele o atribuiu a uma força vinda da superfície terrestre. Torricelli concluiu também que o espaço deixado pelo mercúrio no começo do tudo não continha nada e o chamou de “vacuum” (vácuo). Cinco anos mais tarde, o francês Blaise Pascal usou o barômetro para mostrar que no alto das montanhas a pressão do ar era menor. 
Em 1650, o físico alemão Otto Von Guericke desenvolveu a primeira bomba de ar eficiente, com a qual Robert Boyle realizou experimentos sobre compressão e descompressão e depois de 200 anos, o físico e químico francês, Joseph Louis Gay-Lussac, verificou que a pressão de um gás confinado a um volume constante é proporcional à sua temperatura.
Em 1849, Eugene Bourdon recebeu patente pelo Tubo de Bourdon, utilizado até hoje em medições de pressões relativas. Em 1893, E.H. Amagat utilizou o pistão de peso morto em medições de pressão.
Nas últimas décadas, com o advento da tecnologia digital, uma enorme variedade de equipamentos se espalhou pelo mercado em diversas aplicações. A caracterização de pressão só teve seu real valor a partir do momento em que conseguimos traduzi-la em valores mensuráveis.
Todo sistema de medição de pressão é constituído pelo elemento primário, o qual estará em contato direto ou indireto ao processo onde se tem as mudanças de pressão e pelo elemento secundário (Transmissor de Pressão) que terá a tarefa de traduzir esta mudança em valores mensuráveis para uso em indicação, monitoração e controle.
2. Manômetro
O manômetro é usado para leituras locais da pressão, possuindo normalmente uma conexão com o processo e um display (quando eletrônico) ou ponteiro (quando mecânico) para que se possa ler a pressão localmente.
Normalmente são dispositivos de baixo custo e são usados quando a pressão não precisa ser transmitida para um sistema de controle e não se precisa exatidão. Por exemplo, pressões estáticas, pressões de bomba, etc. No que diz respeito ao modo de funcionamento, existem particularidades referentes à tecnologia utilizada em cada modelo de manômetro.
Tomemos como exemplo o modo como opera o manômetro de mercúrio, considerada a forma mais simples e primordial do aparelho. Ele pode ser feito com apenas um tubo em U. Com uma das extremidades tampadas, despeja-se mercúrio. A outra extremidade deve permanecer exposta às condições que serão medidas.
No lado fechado do tubo não há ar para exercer força sobre o mercúrio. A pressão virá, pois, da extremidade aberta. Essa pressão faz com que o líquido se desloque, o que faz com que haja uma diferença nos níveis de mercúrio de um lado e de outro. É tal diferença que propicia a medição da força exercida pelo fluido ao qual a extremidade aberta do tubo foi exposta.
Esse manômetro rudimentar foi aplicado nas primeiras investigações da física. A partir daí, a pressão aplicada pelos fluidos passou a ter uma unidade de medida, o “milímetro de mercúrio” (mm Hg).
Mas esse modo de medir a pressão encontra-se ultrapassado. Na física atual, prevalece uma nova unidade de medida, o “torr”. Uma unidade dessa medida corresponde a um mm Hg. Além do mais, a tecnologia do manômetro de mercúrio deu lugar a novas tecnologias, como a do manômetro digital.
A maioria dos medidores mede a pressão em relação à pressão atmosférica como ponto zero, então essa forma de leitura é simplesmente referida como “pressão de calibração”. No entanto, qualquer coisa maior do que o vácuo total é tecnicamente uma forma de pressão.
Para leituras muito precisas, especialmente a pressões muito baixas, um medidor que usa vácuo total como ponto zero, pode ser usado dando leituras de pressão mais precisas.
3. Pressão absoluta, calibre e diferencial – referência zero
As medições diárias de pressão, como a pressão dos pneus do veículo, geralmente são feitas em relação à pressão do ar ambiente. Em outros casos, as medições são feitas em relação a um vácuo ou a alguma outra referência específica. Ao distinguir essas referências “zero”, são usados os seguintes termos:
· A pressão absoluta: Utiliza o vácuo perfeito como sua referência, sua referência nunca muda independente da altura ou condições climática. Como ele usa um ponto de referência estável, isso pode tornar o trabalho dele mais fácil e menos propenso ao erro.
· A pressão do indicador: É zero-referenciada contra a pressão do ar ambiente, por isso é igual à pressão absoluta menos a pressão atmosférica. Normalmente, os sinais negativos são omitidos. Para distinguir uma pressão negativa, o valor pode ser anexado com a palavra “vácuo” ou o indicador pode ser rotulado como “manômetro de vácuo”. Estes são ainda divididos em duas subcategorias: vácuo alto e baixo (e às vezes ultra-alto vácuo). As gamas de pressão aplicáveis de muitas das técnicas usadas para medir vazios têm uma sobreposição. Assim, ao combinar vários tipos diferentes de medidores;
· A pressão diferencial: Compara a pressão entre dois pontos diferentes. Você pode até chamar o instrumento de pressão manométrica de pressão diferencial, porque ambos comparam duas pressões, certo? No entanto, a utilização do diferencial será para comparar a pressão de dois pontos diferentes no processo. Por exemplo, se você configurar um sensor em uma placa de orifício, então ele mede a pressão em ambos os lados da placa de orifício exibindo a diferença entre eles.
A referência zero em uso geralmente é implícita pelo contexto, e essas palavras são adicionadas somente quando o esclarecimento é necessário. A pressão dos pneus e a pressão arterial são pressões de calibre por convenção, enquanto as pressões atmosféricas, as pressões de vácuo profundas e as pressões do altímetro devem ser absolutas.
Para a maioria dos fluidos de trabalho onde existe um fluido em um sistema fechado, prevalece a medição de pressão de calibração. Os instrumentos de pressão conectados ao sistema indicam pressões em relação à pressão atmosférica atual. A situação muda quando as pressões de vácuo extremas são medidas; Pressões absolutas geralmente são usadas.
O uso da pressão atmosférica como referência geralmente é representado por um "g" para manômetro após a unidade de pressão, por exemplo, 70 psig, o que significa que a pressão medida é a pressão total menos a pressãoatmosférica. Existem dois tipos de pressão de referência do manômetro: manômetro ventilado (vg) e manômetro selado (sg).
Um transmissor de pressão de manômetro ventilado, por exemplo, permite que a pressão do ar externo seja exposta ao lado negativo do diafragma sensor de pressão, através de um cabo ventilado ou de um orifício na lateral do dispositivo, para que ele sempre meça a pressão referência à pressão barométrica ambiente. Assim, um sensor de pressão de referência de medidor ventilado deve sempre ler pressão zero quando a conexão de pressão do processo é mantida aberta para o ar.
Uma referência de manômetro selado é muito semelhante, exceto que a pressão atmosférica é selada no lado negativo do diafragma. Isso geralmente é adotado em faixas de alta pressão, como hidráulica, onde as mudanças de pressão atmosférica terão um efeito insignificante na precisão da leitura, portanto, a ventilação não é necessária. Isso também permite que alguns fabricantes forneçam contenção de pressão secundária como uma precaução extra para a segurança do equipamento de pressão se a pressão de ruptura do diafragma de detecção de pressão primária for excedida.
Existe outra maneira de criar uma referência de medidor selada, e isso é selar um alto vácuo no lado reverso do diafragma sensor. Em seguida, o sinal de saída é compensado, de modo que o sensor de pressão lê perto de zero ao medir a pressão atmosférica.
Um transdutor de pressão de referência de manômetro selado nunca lerá exatamente zero porque a pressão atmosférica está sempre mudando e a referência neste caso é fixada em 1 bar.
Para produzir um sensor de pressão absoluta, o fabricante veda um alto vácuo atrás do diafragma sensor. Se a conexão de pressão de processo de um transmissor de pressão absoluta estiver aberta para o ar, ele lerá a pressão barométrica real.
4. Transmissores de Pressão
Os transmissores de pressão microprocessados possuem a grande vantagem de permitirem uma melhor interação com o usuário, com interfaces amigáveis. Além disso, possuem características de auto-diagnose que facilitam a identificação de problemas. Com o advento das redes fieldbuses, pode-se agora extrair ao máximo os benefícios da tecnologia digital.Estes transmissores possuem melhor exatidão, uma estabilidade eletrônica superior aos modelos analógicos, além de facilitarem ajustes e calibrações. A tecnologia digital também permite que poderosos algoritmos possam ser implementados a favor da melhoria de performance e exatidão da medição e a monitoração on-line da vida do equipamento.
Um transmissor de pressão inteligente combina a tecnologia do sensor mais sua eletrônica.
Tipicamente, deve prover as seguintes características:
· • Sinal digital de saída ;
· • Interface de comunicação digital (HART/4-20mA, Foundation Fieldbus, Profibus-PA);
· • Compensação de pressão e de temperatura ;
· • Estabilidade;
· • Deve permitir fácil e amigável calibração;
· • Re-range com e sem referência;
· • Auto Diagnósticos;
· • Fácil instalação e calibração;
· • Alta confiabilidade;
· • Baixos custos e curtos tempos de instalação e manutenção;
· • Redução na intrusão/penetração(processo);
· • Economizar espaços na instalação;
· • Permitir upgrades para a tecnologia Foundation Fieldbus e Profibus PA.
· • Recursos de interface EDDL e FDT/DTMs.
· • Protetor de transiente, sem polaridade de alimentação,
· • Trava física para transferência de custódia, etc.
5. Manômetro digital e manômetro wireless
Tudo está em constante evolução, inclusive os manômetros. Hoje em dia existem versões digitais de manômetros que trazem grandes vantagens para o dia a dia.
A primeira delas que está no mercado tem uma indicação digital com configuração e tudo mais. Nesta versão, você tem comunicação via Bluetooth e através do celular, tablet ou notebook você pode obter informações.
O ponto ruim dessa versão é que a bateria tem um tempo de vida curta, mas toda informações via celular é bem interessante para aplicações em laboratório e processo pequenos.
A segunda versão é mais recente e utiliza uma interface convencional dos manômetros que já estamos acostumados, mas esse manômetro tem a comunicação wireless integrada.
A indicação remota faz com que operador não precise ir no campo coletar informação, além de permitir um histórico da variável de processo. Além de ter uma medição bem mais precisa pois é sensor digital com indicação analógica.
A vida da bateria pode fazer uma grande diferença em um manômetro digital, como acontece com qualquer outro produto digital ou wireless. Os produtos de automação industrial sem fio já ultrapassaram a marca da década e estão se tornando mais difundidos a cada ano.
Eles têm muitas vantagens e, além de medições, também fornecem diagnósticos e todo tipo de informações extras. No entanto, eles introduziram uma nova variável na manutenção: Tempo de vida de bateria.
6. Unidades de Pressão no Sistema Internacional (SI)
O Pascal [Pa] é a unidade de pressão do Sistema Internacional de unidades (SI). Um Pa é a pressão gerada pela força de 1 Newton agindo sobre uma superfície de 1 metro quadrado à Pa = N/m2.
A tabela 1 mostra as principais unidades e a conversão entre as mesmas.
	 
	inH2O @20oC
	atm
	bar
	kPa
	kgf/cm2
	mmH2O @20oC
	mmHg @0oC
	inHg @32oF
	psi
	inH2O @20oC
	1
	0,0025
	0,00249
	0,24864
	0,00254
	25,4000
	1,86497
	0,07342
	0,03606
	atm
	407,513
	1
	1,01325
	101,325
	1,03323
	10350,8
	759,999
	29,9213
	14,6959
	bar
	402,185
	0,98692
	1
	100,000
	1,01972
	10215,5
	750,062
	29,5300
	14,5038
	kPa
	4,02185
	0,00987
	0,01000
	1
	0,01020
	102,155
	7,50062
	0,29530
	0,14504
	kgf/cm2
	394,407
	0,96784
	0,98066
	98,0662
	1
	10017,9
	735,558
	28,9590
	14,2233
	mmH2O @20oC
	0,03937
	0,00010
	0,00010
	0,00979
	0,00010
	1
	0,07342
	0,00289
	0,00142
	mmHg @0oC
	0,53620
	0,00132
	0,00133
	0,13332
	0,00136
	13,6195
	1
	0,03937
	0,01934
	inHg @ 32oF
	13,6195
	0,03342
	0,03386
	3,38638
	0,03453
	345,935
	25,4000
	1
	0,49115
	psi
	27,7296
	0,06805
	0,06895
	6,89475
	0,07031
	704,333
	51,7149
	2,03602
	1
7. Referencias 
· Beckwith, Thomas G.; Marangoni, Roy D. & Lienhard V, John H. (1993). "Medição de Baixas Pressões". Medições Mecânicas (Quinta ed.). Reading, MA: Addison-Wesley.
· Boyes, Walt (2008). Livro de referência de instrumentação (quarta ed.). Butterworth-Heinemann.
· "Caracterização de transdutores de alta pressão do tipo Bourdon de quartzo" ResearchGate, Autor Tokihiko Kobata, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.
· Intech Edição 74, Transmissores de Pressão: sensores, tendências, César Cassiolato, 2005.
· Controle&Instrumentação - Edição nº 106, O Brasil quebrando as barreiras tecnológicas com a inovação – Transmissores de Pressão César Cassiolato, 2005.