04 Pressão. rev 2016.1

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PRESSÃO
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
CTC – Centro de Tecnologia e Ciências / QUI – Instituto de Química
DOPI – Departamento de Operações e Projetos Industriais
CATEGORIA DE CLASSIFICAÇÃO DOS VASOS DE PRESSÃO SEGUNDO A CLASSE DE FLUIDO E O POTENCIAL DE RISCO. (NR-13 CALDEIRAS, VASOS DE PRESSÃO E TUBULAÇÕES)
a) Os fluidos contidos nos vasos de pressão são classificados conforme descrito a seguir:
Classe A:
•Fluidos inflamáveis;
•Fluidos combustíveis com temperatura superior ou igual a 200 ºC;
•Fluidos tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 (vinte) partes por milhão (ppm);
• hidrogênio / acetileno.
Classe B:
• Fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200 ºC ;
• Fluidos tóxicos com limite de tolerância superior a 20 (vinte) partes por milhão (ppm).
Classe C: Vapor de água, gases asfixiantes simples ou ar comprimido.
Classe D: Outro fluido não enquadrado acima.
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b) Os vasos de pressão são classificados em grupos de potencial de risco em função do produto P.V, onde P é a pressão máxima de operação em MPa e V o seu volume em m3, conforme segue:
Grupo 1 - P.V ≥ 100
Grupo 2 - P.V < 100 e P.V ≥ 30
Grupo 3 - P.V < 30 e P.V ≥ 2,5
Grupo 4 - P.V < 2,5 e P.V ≥ 1
Grupo 5 - P.V < 1
c) Vasos de pressão que operem sob a condição de vácuo devem se enquadrar nas seguintes categorias:
• categoria I: para fluidos inflamáveis ou combustíveis;
• categoria V: para outros fluidos.
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Os vasos de pressão devem ser dotados dos seguintes itens:
a) Válvula ou outro dispositivo de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior à PMTA, instalado diretamente no vaso ou no sistema que o inclui, considerados os requisitos do código de projeto relativos a aberturas escalonadas e tolerâncias de calibração;
b) Meios utilizados contra o bloqueio inadvertido de dispositivo de segurança quando este não estiver instalado diretamente no vaso;
Instrumento que indique a pressão de operação, instalado diretamente no vaso ou no sistema que o contenha.
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Quanto a instalação
I. Todo vaso de pressão deve ser instalado de modo que todos os drenos, respiros, bocas de visita e indicadores de nível, pressão e temperatura, quando existentes, sejam facilmente acessíveis.
II. Quando os vasos de pressão forem instalados em ambientes fechados, a instalação deve satisfazer os seguintes requisitos: 
Dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas, sinalizadas e dispostas em direções distintas;
Dispor de acesso fácil e seguro para as atividades de manutenção, operação e inspeção, sendo que, para guarda corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas;
Dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas e de iluminação conforme normas oficiais vigentes;
Possuir sistema de iluminação de emergência.
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REVENDO CONCEITOS BÁSICOS
-- PROCESSOS QUÍMICOS:
Petróleo;
Petroquímica;
Química Fina;
Farmacêutica;
Alimentos;
Cerâmica;
Siderúrgica;
Celulose e papel;
Têxtil;
Geração de Energia, etc.
-- VARIÁVEIS DE PROCESSO (PV):
Pressão;
Nível;
Vazão;
Temperatura;
pH;
Condutividade;
Velocidade;
Umidade;
Tempo, etc.
Instrumentação
Industrial ?
Controle
de processos ?
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-- CONTROLE DE PROCESSOS: manter variáveis de processo (PV) em valores (patamares) desejados;
-- INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL: auxiliar o controle dos processos industriais.
-- PVs:
Temperatura do fluido de processo (entrada e saída);
Vazão e condições do vapor;
Vazão do fluido de processo;
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-- TERMOS USUAIS EM CONTROLE DE PROCESSOS:
VARIÁVEL CONTROLADA: variável que deve ser mantida ou controlada em algum valor desejado.
VALOR DE REFERÊNCIA (“set point”): também conhecido como valor de controle, valor de ajuste ou valor desejado. É o valor desejado da variável controlada.
VARIÁVEL MANIPULADA: é a variável usada para manter a variável controlada no seu valor de referência. É a variável onde o controlador vai atuar para fazer as correções, a fim de manter a variável controlada no valor de referência.
VARIÁVEL PERTUBADORA (variável de carga): é qualquer variável que pode fazer com que a variável controlada se desvie do valor de referência.
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-- SISTEMA DE CONTROLE EM MALHA ABERTA:
	Sistema em que a informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar quaisquer das variáveis de entrada em função das alterações nas variáveis de processo.
 Conceito frequentemente utilizado nas discussões dos sistemas de controle para investigação da dinâmica de um processo em uma condição não controlada.
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-- SISTEMA DE CONTROLE EM MALHA FECHADA: ou sistema de controle com realimentação, tem a função fundamental de manipular a relação entrada/saída de energia ou material, de maneira a manter a variável controlada dentro dos limites estabelecidos.
	Regula a variável controlada fazendo correções, de forma manual ou automática, em outra variável do processo (variável manipulada).
Variável controlada
Variável manipulada
Variáveis perturbadoras
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-- SISTEMA DE CONTROLE EM MALHA FECHADA (CONTINUAÇÃO):
MEDIR, COMPARAR, COMPUTAR E CORRIGIR.
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1.2 – CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS
1.2.1 - CLASSES:
INSTRUMENTOS CEGOS: instrumentos sem indicação visível da variável medida. Ex: instrumentos de alarme (pressostatos e termostatos) e alguns instrumentos de vazão, pressão, nível e temperatura.
INSTRUMENTOS INDICADORES: instrumentos que dispõem de indicação local para leitura da variável medida/controlada.
INSTRUMENTOS REGISTRADORES: são instrumentos que registram a variável medida/controlada de forma contínua ou intermitente.
ELEMENTOS PRIMÁRIOS: elementos que estão em contato direto com a variável medida/controlada e fornecem ao sistema de medição um sinal.
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1.2 – CARACTERÍSTICAS
GERAIS DOS INSTRUMENTOS
1.2.1 - CLASSES:
TRANSMISSORES: são instrumentos que detectam as variações na variável medida/controlada através do elemento primário, transmitindo-as à distância. Pode formar um conjunto único com o elemento primário. (atualmente por conta da pequena diferença de custo, alguns transmissores possuem indicação local da variável medida no campo (FIT)
CONVERSORES: são instrumentos capazes de receber e converter um tipo de sinal em outro.
CONTROLADORES: instrumentos que comparam o valor da variável medida/controlada com o valor desejado e exercem uma ação de correção na variável manipulada (função da diferença entre estes valores e das características do sistema de controle).
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE: são equipamentos que recebem o sinal de correção do controlador e, em função deste sinal modificam/atuam sobre a variável manipulada ou agente de controle.
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1.2 – CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS
1.2.2 - DEFINIÇÕES:
FAIXA DE MEDIDA (“range”): faixa ou conjunto de valores da variável medida/controlada que estão compreendidas dentro dos limites inferior e superior de capacidade de medição, transmissão ou controle do instrumento (estabelece os seus valores extremos).
ALCANCE (“span”): diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida do instrumento.
PONTO DE AJUSTE (“set point”): é o ponto no qual o controlador é ajustado para controlar o processo.
ERRO (“offset”): diferença entre o valor do ponto de ajuste e o valor medido da variável controlada.
PRECISÃO, (ACCURACY): É a tolerância de medição ou de transmissão (% Span, % leitura, etc.)
SENSIBILIDADE (SENSITIVITY): Valor mínimo que a variável deve mudar para obter-se uma variação na indicação ou transmissão (% Alcance)
REPETIBILIDADE (REPETIBILITY): É a capacidade de reprodução da indicação ou da transmissão repetidamente nas mesmas condições (% span)
HISTERESE (HYSTERESIS): Diferença máxima que se observa nos valores indicados pelo instrumento para um mesmo valor qualquer da faixa de medida (independente do percurso (%span)
Supressão de Zero : É a quantidade com que o valor inferior da faixa de medida (range) supera o valor zero da pressão): a supressão acontece quando o transmissor indica um nível superior ao real. (1)
Elevação de Zero :É a quantidade com que o valor zero de pressão supera o valor inferior da faixa de medida (Range). Pode ser expresso em unidades da variável medida ou porcentagem do alcance (span) (2)
(1)
(2)
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1.3 – IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS
Referência: Bega e outros. Instrumentação Industrial - 1ª Edição. Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás. Editora Interciência, 2003.
 ISA: The Instrumentation, Systems and Automation Society, antiga Instrument Society of America.
 Norma S 5.1: Instrumentation Symbols and Identification.
 ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.
 Norma NBR 8190: Simbologia de Instrumentação.
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1.3 – IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS
1.3.1 – LETRAS DE IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTO OU FUNÇÃO PROGRAMADA:
-- CONSIDERAÇÕES:
	A padronização da ISA considera que cada instrumento ou função programada será identificado por um conjunto de letras e um conjunto de algarismos.
	A primeira letra do conjunto indica a variável medida/controlada.
	As letras subseqüentes indicam a função desempenhada pelo instrumento na malha de controle.
	O primeiro conjunto de algarismos indica a área/fábrica e o segundo indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence.
	Para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo.
OBS: a primeira letra de identificação funcional é selecionada de acordo com a variável medida ou controlada e não de acordo com a variável manipulada.
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1.3 – IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS
EXEMPLO (TRC-21002A):
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1.3 – IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS
1.3.2 – SÍMBOLOS GERAIS PARA INSTRUMENTOS OU FUNÇÃO PROGRAMADA:
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1.3 – IDENTIFICAÇÃO E SÍMBOLOS DE INSTRUMENTOS
1.3.3 – SÍMBOLOS E FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO DE SINAIS:
2 – PRESSÃO
2.1 - DEFINIÇÕES E UNIDADES DE PRESSÃO
2.2 - PRESSÃO ESTÁTICA, DINÂMICA, TOTAL E DIFERENCIAL
2.3 - TEOREMA DE STEVIN E PRINCÍPIO DE PASCAL
2.4 - ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.5 - TRANSMISSORES DE PRESSÃO
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2.1 – DEFINIÇÕES E UNIDADES DE PRESSÃO
-- INTRODUÇÃO:
-- UNIDADES DE PRESSÃO:
	- SI
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2.1 – DEFINIÇÕES E UNIDADES DE PRESSÃO
-- UNIDADES DE PRESSÃO NA INDÚSTRIA: kgf / cm2 ou psig (lbf / in2).
	- cm H2O:		centímetros de coluna de água a 4°C;
	- mmHg ou Torr:	milímetro de coluna de mercúrio a 0°C;
	- pol. H2O:	polegada de coluna de água a 4°C;
	- pol. Hg:		polegada de coluna de mercúrio a 0°C;
	- bar:		corresponde a aproximadamente à pressão da água 			do mar a 10 metros de profundidade;
	- atm:		atmosfera normal, equivale à pressão exercida por 			uma coluna de 760 mmHg, com massa volumétrica 			de 13,5951 g/cm3.
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2.1 – DEFINIÇÕES E UNIDADES DE PRESSÃO
-- UNIDADES DE PRESSÃO (CONVERSÕES):
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2.1 – DEFINIÇÕES E UNIDADES DE PRESSÃO
-- PRESSÃO ABSOLUTA: medida de pressão que tem o vácuo perfeito como referência;
-- PRESSÃO ATMOSFÉRICA:	medida de pressão que tem como referência a coluna de ar da atmosfera ao nível do mar, em condições de intensidade normal de gravidade (g = 9,80665 m/s2) e a 0°C de temperatura. Equivale a 1 atm, ou 14,69 psia, ou 1,033 kgf/cm2 abs., ou 760 mm de coluna de Hg abs., ou 29,92 pol de Hg abs.
-- PRESSÃO RELATIVA: medida de pressão que utiliza a pressão atmosférica como referência, também conhecida por pressão manométrica (gauge pressure), pressão efetiva ou pressão positiva. As pressões abaixo dessa referência são chamadas vácuo ou pressões negativas.
PRESSÃO ABSOLUTA = PRESSÃO RELATIVA + PRESSÃO ATMOSFÉRICA
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2.2 – PRESSÃO ESTÁTICA, DINÂMICA, TOTAL E DIFERENCIAL
-- PRESSÃO ESTÁTICA: sobrepressão ou depressão relativa criada pela atuação de um equipamento ou pela altura da coluna de um líquido.
Se o fluido estiver estagnado, a pressão será a mesma em todos os pontos. Caso haja circulação, a pressão deverá ser medida através de um orifício de pressão com eixo perpendicular à corrente.
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2.2 – PRESSÃO ESTÁTICA, DINÂMICA, TOTAL E DIFERENCIAL
-- PRESSÃO DINÂMICA OU CINÉTICA: é a pressão devida à velocidade de um fluido em movimento em um duto, diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do fluido.
-- PRESSÃO TOTAL: é a soma das pressões estática e dinâmica.
	Exemplo: tubo de Pitot.
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2.2 – PRESSÃO ESTÁTICA, DINÂMICA, TOTAL E DIFERENCIAL
-- EXEMPLO PRESSÃO TOTAL : TUBO DE PITOT (PT = PEST + PDIN)
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2.2 – PRESSÃO ESTÁTICA, DINÂMICA, TOTAL E DIFERENCIAL
-- PRESSÃO DIFERENCIAL: é a diferença de pressão medida em dois pontos de um duto ou equipamento (DP ou perda de carga).
	- Montante: sentido de origem da corrente;
	- Jusante: sentido de fluxo da corrente.
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2.3 – TEOREMA DE STEVIN E PRINCÍPIO DE PASCAL
-- TEOREMA DE STEVIN: “A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido (g) pela diferença de altura entre os pontos (h)”.
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2.3 – TEOREMA DE STEVIN E PRINCÍPIO DE PASCAL
-- PRINCÍPIO DE PASCAL: “A pressão exercida em qualquer ponto por um líquido em forma estática, confinado, transmite-se integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.”
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DIRETA
-- MANÔMETRO DE TUBO EM “U”:
	- Simples e barato;
	- Baixas pressões;
Dispositivos que medem a pressão através da comparação com a pressão exercida por uma coluna de líquido com densidade e altura conhecidos (água, álcool, mercúrio, etc.).
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
-- MANÔMETRO DE TUBO EM “U” COM DIÂMETROS DIFERENTES:
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DIRETA
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS DE MEDIÇÃO DIRETA 
 MANÔMETRO DE TUBO INCLINADO:
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO
Dispositivos (diafragma, fole, tubo Bourdon, elemento espiral, elemento helicoidal, etc.) que se deformam em função da pressão exercida pelo fluido.
- Lei de Hooke: “Dentro de um limite definido de elasticidade, a deformação provocada em um corpo sólido é proporcional ao esforço aplicado sobre ele.”
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO
-- DIAFRAGMA:
	- Metálicos (latão, bronze-fosforoso, cobre-berílio, aço inoxidável, monel, hastelloy, etc);
	- Não metálicos (teflon, neoprene, polietileno, etc.);
	- Compostos por diafragma simples de lâmina de papel corrugado ou de uma ou mais cápsulas soldadas entre si;
	- A cápsula deflexiona à medida que a pressão é aplicada;
	- Linearidade do elemento (função de):
			- Diâmetro da concha;
			- Espessura do metal;
			- Tipo e número de corrugações;
			- Módulo de elasticidade do material;
			- Pressão aplicada.
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO
-- DIAFRAGMA:
DIAFRAGMA 
NÃO METÁLICO
DIAFRAGMAS METÁLICOS
Teflon / neoprene / polietileno, etc.
Usado em baixas pressões
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO
-- FOLES:
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2.4 – ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO
2.4.1 – ELEMENTOS MECÂNICOS ELÁSTICOS DE MEDIÇÃO
TUBOS BOURDON:
Tudo de seção oval disposto em forma de arco de circunferência
 Tipos/formas: Tipo C, espiral e helicoidal.
Usados também em chave de pressão
A especificação do material depende da faixa depressão
(latão / AISI 314/ 316, monel, inconel, etc.)
C
Es
He
Fatores de erro em medição de pressão com Bourdon
O módulo de elasticidade da maioria dos materiais tem seu módulo de elasticidade diminuído com a temperatura 
E = 0,02*T*P/Os
E= Erro percentual do bourdon
T= Variação de temperatura sofrida pelo bourdon
P= Pressão aplicada
Ps= Pressão de alcance
Correção –uso de compensador bimetálico de temperatura
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Acessórios para instrumentos de pressão
Selagem liquida
Selagem com diafragma
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Amortecedor de pulsação
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Aplicações / Restrições 
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Válvula de retenção: Utilizada em caso de gases com elevada pressão protegendo o meio ambiente e a instalação de dano no caso da ruptura do bourdon
Sistemas de proteção – Manômetros 
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2.5 - TRANSMISSORES DE PRESSÃO
-- PNEUMÁTICOS OU ELETRÔNICOS:
	- PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: 
 PRESSÃO  DEFORMAÇÃO  TRANSDUÇÃO(*)  TRANSMISSÃO
	-- TRANSMISSORES PNEUMÁTICOS: BOCAL-OBTURADOR OU BICO-PALHETA (conversão do movimento/deformação em sinal pneumático).
(*)Transformação de uma energia numa energia de natureza diferente
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2.5 - TRANSMISSORES DE PRESSÃO
-- PNEUMÁTICO DO TIPO “EQUILÍBRIO DE FORÇAS”
Diafragma (deformação)

Alavanca transmissora

Alavanca de faixa

Obturador

Relé Amplificador
Equilíbrio de Forças
(boa proporcionalidade)
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TRANSMISSORES ELETRÔNICOS DE PRESSÃO
Principio de funcionamento 
Utilizam um elemento primário mecânico elástico, combinado com um transdutor (um dispositivo que transforma um tipo de energia em outro) elétrico que gera um sinal correspondente a pressão medida.
Como elemento primário: Diafragma, tubo Bourdon, ,espiral, helicoidal, fole ou combinação entre eles.
Funcionamento: O movimento físico (deslocamento) é convertido no transdutor elétrico, em sinal eletrônico padronizado de saída 9 4 – 20 mAcc)
Tipos de transmissores: 
Equilíbrio de forças // Resistivos // Magnéticos
Capacitivos // Extensiométricos // Piezelétricos
Mais utilizados na medição depressão? Equilíbrio de forças, extensiométricos e capacitivos
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2.5 - TRANSMISSORES DE PRESSÃO
- ELETRÔNICO DO TIPO “EQUILÍBRIO DE FORÇAS”
Fole (deformação)

Alavanca transmissora

Disco de rearme

Braço de rearme

Imã permanente
Equilíbrio de Forças
(boa proporcionalidade)
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2.5 - TRANSMISSORES DE PRESSÃO
- ELETRÔNICO DO TIPO EXTENSOMÉTRICO (STRAIN GAGE)
 Variação de comprimento ou diâmetro (variação de resistência).
 Strain Gage: fazem parte de uma ponte de Wheatstone, na qual se aplica uma tensão para que ocorra o equilíbrio da ponte.
Diafragma metálico

Alavanca

Resistência dos sensores

Desequilíbrio (variação do sinal)
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 Rx é a resistência desconhecida a ser medida; R1 e R3 são resistores cujos valores são conhecidos e R2 é um potenciômetro. Se a razão no ramo conhecido
 é igual a razão entre as resistências no outro ramo , então a tensão elétrica entre os dois pontos centrais será nula e nenhuma corrente fluirá entre estes pontos. Neste caso, o galvanômetro deverá mostrar o valor zero (0 volts) e poderemos dizer que o circuito está balanceado
Ponte de Wheatstone
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2.5 - TRANSMISSORES DE PRESSÃO
-- ELETRÔNICO DO TIPO CAPACITIVO
Variação de capacitância em função do deslocamento de uma das placas do capacitor em conseqüência de uma pressão aplicada.
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