Instrumentação Pressão

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PRESSÃO
INTRODUÇÃO:
Como já foi visto, a Instrumentação é a ciência que se ocupa em desenvolver e aplicar técnicas de medição, indicação, registro e controle em processos de transformação, visando a otimização da eficiência dos mesmos. 
Assim por ser sua compreensão, a base para o entendimento de outras áreas da Instrumentação iniciaremos revisando alguns conceitos físicos importantes para medição de pressão.
Dentre essas variáveis encontra-se a pressão cuja medição possibilita não só sua monitoração e controle como também de outras variáveis tais como nível, vazão e densidade. 
Essas técnicas são normalmente suportadas teoricamente em princípios físicos e ou físico-químicos e para viabilizar os diversos tipos de instrumentos para medição de variáveis industriais utiliza-se das mais avançadas tecnologias de fabricação.
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DEFINIÇÕES BÁSICAS:
Líquidos:
Toda matéria cuja forma pode ser mudada facilmente quando submetida a uma força, porém sem mudar o volume. Os líquidos oferecem uma resistência muito grande à compressão.
Hidrostática: 
Ciência que estuda as propriedades dos fluidos em repouso.
Sólido:
Toda matéria cuja forma não muda facilmente quando submetida a uma força.
Hidrodinâmica: 
ciência que estuda as propriedades dos fluidos em movimento.
Fluido:
Um fluido é uma substância que pode fluir, isto é, escoar facilmente. O termo “fluido” inclui os líquidos e os gases. 
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DEFINIÇÕES BÁSICAS (continuação:
Massa Específica:
Também chamada de densidade absoluta é a relação entre a massa e o volume de uma determinada substância. É representada pela letra grega ρ (rô) e no SI pela unidade kg/m3.
Vapores e Gases:
Toda matéria cuja forma e volume podem ser mudadas facilmente quando submetida a uma força. Os gases são facilmente compressíveis.
2 - Para gases e vapores a densidade de uma substância tem como referência o ar a 15ºC e 1 atm cujo valor foi convencionado ser igual a unidade.
Nota:
1 - Para líquidos a densidade de uma substância tem como referência a água destilada a 4ºC e 1 atm cujo valor foi convencionado ser igual a unidade.
Densidade Relativa:
Relação entre a massa específica de uma substância A e a massa específica de uma substância de referência, tomadas à mesma condição de temperatura e pressão.
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DEFINIÇÕES BÁSICAS (continuação):
Peso Específico:
Relação entre o peso e o volume de uma determinada substância. É representado pela letra grega γ (gama) e no SI pela unidade kgf/m3.
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CONCEITO DE PRESSÃO:
Para uma mesma força, quanto menor for a área de sua aplicação, maior será a pressão exercida.
A pressão p exercida sobre uma superfície é igual ao quociente da força F aplicada perpendicularmente à área A da superfície:
Quando uma força é aplicada de forma distribuída sobre uma superfície, dizemos que existe uma pressão exercida nesta superfície.
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CONCEITO DE PRESSÃO:
FP será igual ao produto da força F pelo seno do ângulo de inclinação θ entre a superfície e a direção da força F aplicada, ou seja: FP = F.senθ. 
Caso a força aplicada não seja perpendicular a superfície, é preciso calcular a força equivalente FP aplicada perpendicularmente. 
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UNIDADES DE PRESSÃO:
 A unidade de pressão usualmente utilizada no sistema métrico industrial é o Kgf/cm2, e no sistema inglês industrial se utiliza o PSI (lbf/in2).
Pressão - expressa em Pascal (símbolo Pa) e é definida como a pressão exercida por uma força de um Newton, uniformemente distribuída sobre uma superfície plana de um metro quadrado de área, perpendicular à direção da força (Pa = N/m2).
Área - expressa em metro quadrado (símbolo m2) e é definida como a área de um quadrado cujo lado tem um metro de comprimento.
Força - expressa em Newton (símbolo N) e é definida como a força que comunica à massa de um quilograma a aceleração de um metro por segundo ao quadrado na direção da força (N = Kg . m/s2).
No Sistema Internacional de Unidades (SI), temos:
 A conversão de uma unidade em outra pode ser facilmente realizada se lembrarmos que 1 libra = 0,4536Kg e 1 polegada = 2,54cm.
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FATORES DE CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO:
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MEDIDAS DE PRESSÃO:
A dificuldade desta referência decorre do fato de que ela varia com a altitude e com as condições ambientais do local.
PRESSÃO ATMOSFÉRICA  em torno da Terra há uma camada de gases com cerca de 50Km de extensão que exerce pressão sobre toda a superfície terrestre denominada atmosfera. A parte inferior desta camada gasosa, que se encontra na superfície terrestre, exerce ao nível do solo, uma pressão correspondente ao peso total desta coluna gasosa. Ao nível do mar, em condições de intensidade normal de gravidade (aceleração de 9,80665 m/s2) e 0ºC de temperatura, esta pressão equivale a 1 atm, ou 14,69 psia, ou 1,033 Kgf/cm2 abs., ou 760 mm de coluna de Hg. 
PRESSÃO ABSOLUTA  é a pressão positiva a partir do vácuo perfeito.
Existem duas referências para a medição de pressão: 
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MEDIDAS DE PRESSÃO (continuação):
Na indústria, quando se omite a referência, fica implícito que a pressão é manométrica.
Obs.: Ao se escrever um valor de pressão, é importante definir se a pressão é absoluta ou relativa (manométrica), através da referência das letras “a” para pressão absoluta e “g” para pressão manométrica.
Pressão absoluta = Pressão relativa + Pressão atmosférica
Das definições anteriores, conclui-se que:
Quando se utiliza a pressão atmosférica como referência, as pressões medidas a partir desta referência (acima desta referência) são chamadas pressões relativas, pressões manométricas (gauge pressures), pressões efetivas ou pressões positivas. 
As pressões abaixo desta referência são chamadas vácuo ou pressões negativas. O vácuo é simplesmente uma redução da pressão atmosférica.
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A figura abaixo mostra graficamente a relação entre os três tipos de pressões medidas: 
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PRINCÍPIOS E TEOREMAS DA FÍSICA UTILIZADOS NA MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Resumidamente, temos que a pressão exercida no fundo de um reservatório por um líquido em repouso, pode ser dada pelo produto da altura do líquido e o seu peso específico.
“A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido () pela diferença de cota entre os dois pontos”
Teorema de STEVIN:
Este teorema foi estabelecido por Simon Stevin (1548
a 1620) e relaciona as pressões estáticas exercidas por um fluido em repouso com a altura da coluna do mesmo em um determinado reservatório.
Seu enunciado diz:
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PRINCÍPIOS E TEOREMAS DA FÍSICA UTILIZADOS NA MEDIÇÃO DE PRESSÃO (continuação):
Este princípio é a base da hidráulica. Na hidráulica utilizam-se fluidos incompressíveis; assim, a força mecânica desenvolvida em um fluido pode ser transmitida, multiplicada ou controlada.
Princípio de Pascal:
“A pressão exercida em qualquer ponto por um líquido em forma estática, se transmite integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.”
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PRINCÍPIOS E TEOREMAS DA FÍSICA UTILIZADOS NA MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Ou seja:
Como P1 = F1/A1 e P2 = F2/A2, e sendo P1 = P2, então:
Princípio de Pascal (continuação):
Se aplicarmos uma força F1 = 10kgf sobre o pistão 1, o pistão 2 levantará um peso de 50 kgf devido ter o mesmo uma área 5 vezes maior que a área do pistão 1.
Logo:
F2 = (F1/A1) . A2
F2 = (10kgf/2cm2) . 10cm2
F2 = 50kgf
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PRESSÃO
Sempre que um fluido estiver circulando em um duto, devido a ação de um ventilador, exaustor, compressor, bomba, etc., existirá pressão estática, pressão dinâmica ou cinética, pressão total e pressão diferencial.
PRESSÃO ESTÁTICA é a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos, que é transmitida integralmente em todas as direções e produz a mesma força se aplicada em áreas iguais.
Caso não haja circulação do fluido, a pressão será a mesma em todos os pontos do duto. Caso haja circulação, a pressão estática deverá ser medida, através de um orifício de pressão, com eixo perpendicular à corrente do fluido, de forma que a medição não seja influenciada pela componente dinâmica da circulação.
TIPOS DE PRESSÃO:
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PRESSÃO ESTÁTICA (continuação):
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PRESSÃO DINÂMICA:
É a pressão devida à velocidade de um fluido em movimento em um duto. 
Sua resultante pode ser calculada pela seguinte fórmula:
Pd = γ. V2 /2g (Kgf/m2); onde:
Pd  pressão dinâmica
V  velocidade do fluido (m/s)
γ  peso específico do fluido (Kgf/m3)
g  aceleração da gravidade (9,8 m/s2)
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PRESSÃO TOTAL:
É a soma das pressões estática e dinâmica.
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PRESSÃO DIFERENCIAL:
É a diferença de pressão medida em dois pontos de um duto ou equipamento, também chamado de ΔP (delta P).
A existência de um obstáculo à passagem do fluido (placa de orifício, filtro, válvula, etc.), instalado em um duto, gera uma perda de carga. Esta perda de carga pode ser medida conectando-se um lado de um manômetro de tubo em “U” à montante e o outro lado à jusante do obstáculo. O valor indicado será uma medida da pressão diferencial.
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CLASSIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS MEDIDORES DE PRESSÃO:
Os dispositivos usados nas tomadas de impulso para medição de pressão podem ser classificados de acordo com seus princípios de funcionamento:
a) por equilíbrio de uma pressão desconhecida contra uma força conhecida:
 Colunas de líquido (manômetros de tubos em “U”) 
c) d/p cell (célula de pressão diferencial):
 Transmissores de Pressão Diferencial 
b) por meio de deformação de um material plástico:
 Tubo de Bourdon (em forma de C, espiral ou helicoidal)
 Membrana
 Fole 
d) por meio de variação de uma propriedade física:
 Célula Strain Gauge
 Célula Piezoelétrica
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MANÔMETRO DE TUBO EM “U”:
O manômetro de tubo em “U” é o mais simples e mais barato dos instrumentos de medição direta de baixas pressões. 
O instrumento consiste de um tubo com duas seções retas e paralelas, com uma curvatura de 180º em sua base.
Tipicamente o diâmetro interno do tubo é 1/4 de polegada e para que se alcance uma boa precisão a seção interna deve ser rigorosamente uniforme, o que irá promover linearidade entre os ramos visto que o desequilíbrio do fluido manométrico é quem determinará o valor da pressão desconhecida.
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MANÔMETRO DE TUBO EM “U” (continuação):
O tubo então é cheio, até seu ponto médio, com um líquido de peso específico conhecido (água, álcool, mercúrio, etc.).
Ele é montado sobre uma base onde uma escala milimetrada é fixada com valores crescentes e decrescentes a partir do referencial ZERO (ponto de nivelamento do fluido) e irá trabalhar sempre na vertical sendo o prumo obedecido.
Em função do peso específico do líquido de enchimento e também da fragilidade do tubo de vidro que limita seu tamanho, esse instrumento é utilizado somente para medição de baixas pressões. Em termos práticos, a altura de coluna máxima disponível no mercado é de 2 metros e assim a pressão máxima medida é de 2 mH2O caso se utilize água destilada, e 2 mHg com utilização do mercúrio.
Após introduzido o fluido, a escala será movimentada para cima ou para baixo através de um ajuste mecânico para melhor conveniência do ajuste de zero.
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MANÔMETRO DE TUBO EM “U” (continuação):
É importante conhecer o ponto correto do ajuste de zero pela visualização do menisco (ponto de referencial do fluido), pois os fluidos apresentam diferenças em função das forças de agregação molecular.
Menisco com a utilização de ÁGUA como fluido manométrico.
Menisco com a utilização de MERCÚRIO como fluido manométrico.
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MANÔMETRO DE TUBO EM “U” (continuação):
Considerando na figura do manômetro ao lado cada subdivisão da escala igual a 10 cm, o valor da pressão aplicada será dada pelo desnível h multiplicado pela densidade relativa do fluido manométrico utilizado.
Caso o fluido fosse água (ρ = 1g/cm3), o valor da pressão seria de 60cm de coluna d’água ou 600 mmCA.
Caso o fluido fosse, por exemplo, mercúrio (ρHg = 13,62g/cm3), ao multiplicarmos a mesma cota por 13,62 teríamos como resultado um valor de pressão de 4.086 mmCA.
ATENÇÃO: O dimensional permanece mmCA pois a densidade do mercúrio é relativa à densidade da água, ou seja, 13,62 vezes maior que esta.
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MANÔMETRO DE TUBO EM “U”:
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS:
TUBOS DE BOURDON:
Tipo C
Tipo Espiral
Tipo Helicoidal
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
TUBOS DE BOURDON (continuação):
Os tubos de Bourdon geralmente são compostos de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência, tendo uma de suas extremidades fechada e a outra extremidade aberta e conectada ao processo cuja pressão será medida. 
O seu funcionamento, independente do seu formato, baseia-se no fato de ao aplicarmos pressão na extremidade aberta, ocorre um movimento em sua extremidade fechada, que tenta “desenrolar”. Este movimento é transmitido através de engrenagens a um ponteiro ou mecanismo que, por sua vez, irá indicar/transmitir a medida de pressão. 
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
TUBOS DE BOURDON (continuação):
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
TUBOS DE BOURDON (continuação):
O tubo de Bourdon tipo C é o mais utilizado e tem uma faixa de trabalho que varia de 0,5 a 7000Kgf/cm2. 
Como o deslocamento do tubo de Bourdon tipo C é relativamente pequeno, ele não é adequado para medição de pequenas pressões. 
Isto já não acontece com os dois outros tipos que apresentam maior sensibilidade devido ao formato de cada um deles proporcionar um efeito de soma de vários tubos de Bourdon tipo C, resultando em um maior deslocamento da extremidade livre.
Os elementos geralmente são fabricados de bronze para pressões entre 0,5 a 50Kgf/cm2 e aço comum, aço inoxidável ou monel para pressões até 7000 Kgf/cm2.
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
DIAFRAGMAS:
Nos medidores de pressão industriais utilizando elementos primários elásticos, são utilizados dois tipos básicos de diafragmas, metálicos e não metálicos.
Medidor de pressão com diafragma metálico
Diafragma elástico
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
DIAFRAGMAS METÁLICOS:
O diafragma metálico é um dispositivo primário elástico, geralmente utilizado para medir pressões relativamente baixas. 
Consiste basicamente de um diafragma simples de lâmina de metal corrugado.
Diversos tipos de materiais podem ser utilizados na confecção de diafragmas metálicos. Os mais utilizados são: latão, bronze-fosforoso, cobre-berílio, aço inoxidável, monel, hastelloy, etc.
Na confecção de um elemento de diafragma, os elementos acima são levados em conta, no sentido de se obter uma deflexão que tenha a relação mais linear possível com a pressão aplicada. A máxima sensibilidade para pequena deflexão é obtida utilizando-se um diafragma liso, sem corrugações.
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
DIAFRAGMAS NÃO METÁLICOS:
Os diafragmas não metálicos são conectados ao processo em que se quer medir/controlar a pressão e se movem atuando em oposição a uma mola calibrada ou algum outro elemento elástico.
Os materiais não metálicos usualmente utilizados na confecção de diafragmas são teflon, neoprene, polietileno, etc.
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MEDIDORES DE PRESSÃO POR ELEMENTOS ELÁSTICOS (continuação):
FOLES:
Os foles são elementos elásticos que sofrem expansão e retração quando submetidos a pressões, sendo o movimento resultante utilizado para indicar/medir/controlar a pressão.
Os foles são, geralmente, confeccionados através de estrangulamentos axiais sucessivos aplicados a um tubo metálico de parede fina e sem costura.
A escolha do material a ser utilizado é feita considerando-se a pressão a ser medida/controlada e as condições de corrosão a que o fole estará sujeito.
Os materiais mais utilizados na confecção de foles são latão, bronze-fosforoso, cobre-berílio, monel e aço inoxidável.
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MANÔMETROS COM SELAGEM:
Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, tóxicos, sujeitos à alta temperatura e/ou radioativos, a medição de pressão com manômetro tipo elástico se torna impraticável pois o Bourdon não é adequado para essa aplicação, seja em função dos efeitos da deformação proveniente da temperatura, seja pela dificuldade de escoamento de fluidos viscosos ou seja pelo ataque químico de fluidos corrosivos. 
Nesse caso, a solução é recorrer à utilização de algum tipo de isolação para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon. 
Existem basicamente dois tipos de isolação (que tecnicamente é chamado de selagem). Um com selagem líquida, utilizando um fluido líquido inerte em contato com o Bourdon e que não se mistura com o fluido do processo. Nesse caso é usado um pote de selagem conforme a figura ao lado. 
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MANÔMETROS COM SELAGEM (continuação):
E outro, também com selagem líquida porém utilizando um diafragma como selo. O fluido de selagem mais utilizado nesse caso é a glicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos.
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO:
Basicamente, os instrumentos transmissores de pressão podem ser classificados em pneumáticos e eletrônicos.
Os dois tipos de transmissores baseiam seu funcionamento no movimento/deformação que os elementos mecânicos elásticos sofrem quando submetidos a uma pressão/esforço. 
Este movimento/deformação, que é proporcional à pressão aplicada (Lei de Hooke), é convertido através de um transdutor em um sinal pneumático ou eletrônico padronizado, que é transmitido para indicação e/ou controle à distância. 
Há alguns anos, os transmissores eram todos pneumáticos, ou seja, recebiam o sinal de entrada entre 0 e 100% e transmitiam um sinal de saída padronizado em 3 a 15 PSI.
Atualmente em quase todas as aplicações industriais existentes, encontramos transmissores eletrônicos, cujo sinal de saída pode ser o padrão de 4 a 20 mA ou um sinal digital como em controles através de redes de campo, por exemplo a rede FIELDBUS. Por este motivo vamos nos ater apenas aos transmissores eletrônicos
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO ELETRÔNICOS:
Estes transmissores utilizam elementos de transferência que convertem o sinal de pressão detectado em sinal elétrico padronizado de 4 a 20 mAdc. Existem vários princípios físicos relacionados com a variações de pressão que podem ser utilizados como elementos de transferência. Os mais utilizados nos transmissores mais recentes são:
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1- FITA EXTENSOMÉTRICA – STRAIN GAUGES:
São na realidade fitas metálicas fixadas adequadamente nas faces de um corpo a ser submetido ao esforço de tração ou compressão e que tem sua seção transversal e seu comprimento alterado devido a esse esforço imposto ao corpo.
Essas fitas
são interligadas em um circuito tipo ponte de WHEATSTONE ajustada e balanceada para condição inicial e que ao ter os valores de resistência da fita mudada com a pressão, sofre desbalanceamento proporcional à variação desta pressão.
É um dispositivo que mede a deformação elástica sofrida pelos sólidos quando estes são submetidos ao esforço de tração ou compressão.
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FITA EXTENSOMÉTRICA – STRAIN GAUGES (continuação):
Este tipo é utilizado como padrão para pressões maiores que 3000 kgf/cm2. Por ter pouca histerese e não possuir atraso de indicação é apropriado para medições de pressões variáveis.
São utilizadas na confecção destas fitas extensométricas, metais que possuem baixo coeficiente de temperatura para que exista uma relação linear entre resistência e tensão numa faixa mais ampla.
Princípio de Funcionamento: 
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2 - SENSOR PIEZOELÉTRICO:
A medição de pressão utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristais assimétricos ao sofrerem uma deformação elástica ao longo do seu eixo axial, produzirem internamente um potencial elétrico causando um fluxo de carga elétrica em um circuito externo.
A quantidade elétrica produzida é proporcional à pressão aplicada, sendo esta relação linear o que facilita sua utilização. Outro fator importante para sua utilização está no fato de se utilizar o efeito piezoelétrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e peso do transmissor, sem perda de precisão.
Cristais de turmalina, cerâmica Policristalina Sintética, quartzo e quartzo cultivado podem ser utilizados na sua fabricação, porém o quartzo cultivado é o mais empregado por apresentar características ideais de elasticidade e linearidade.
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3 - CÉLULA CAPACITIVA:
É o sensor mais utilizado em transmissores de pressão. Nele um diafragma metálico de medição se move entre duas placas metálicas fixas. Entre as placas fixas e o diafragma móvel, existe um líquido de enchimento que funciona como um dielétrico.
Ao receber a pressão do processo, o diafragma móvel (que vem a ser uma das placas dos capacitores formados pelas placas fixas e o diafragma metálico móvel) tem sua distância em relação às placas fixas modificada. Isso provoca modificação na capacitância de um circuito de medição, e então tem-se a referência para medição da pressão.
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CÉLULA CAPACITIVA (continuação):
Para que ocorra a medição, o circuito eletrônico é alimentado por um sinal AC através de um oscilador e então modula-se a freqüência ou a amplitude do sinal em função da variação da capacitância (em conseqüência da variação da pressão) para se ter a saída em corrente ou em sinal digital. Como líquido de enchimento utiliza-se normalmente glicerina, ou fluor-oil.
Kit didático de célula capacitiva
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INSTALAÇÃO DE TRANMISSORES – Conexão elétrica:
Neste tipo de ligação pelo mesmo par de cabos por onde é levada a alimentação ao transmissor circula a corrente de 4 a 20 mA proporcional ao sinal de pressão nele aplicado.
Transmissão a dois fios: 
A alimentação deste tipo de transmissor geralmente é 24Vdc, mas pode na prática variar de 10 a 32Vdc, mantendo estável a corrente de saída.
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INSTALAÇÃO DE TRANSMISSORES – Conexão elétrica:
Os transmissores, quando possuem o algoritmo PID incorporado internamente, podem funcionar com ambivalência dentro de uma malha de controle, exercendo as funções tanto de transmissor quanto de controlador.
Transmissão a dois fios (continuação): 
Neste caso, todos os ajustes das variáveis internas de um controlador como ganho, tempo de integral, tempo de derivada, ação auto-manual, set-point local ou remoto, bem como o valor do set-point, são ajustados remotamente via programador, através do protocolo HART® ou localmente, no próprio transmissor.
Quando isto acontece, a ligação do transmissor na malha de controle deve ser de tal forma que sua corrente de saída (MV) atue diretamente na válvula ou elemento final de controle do processo, conforme mostrado na figura a seguir.
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INSTALAÇÃO DE TRANSMISSORES – Conexão elétrica:
Transmissão a dois fios (continuação): 
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INSTALAÇÃO DE TRANSMISSORES – Conexão elétrica:
Transmissão a quatro fios: 
Nesta configuração o transmissor não é alimentado com o mesmo par de cabos por onde circula a corrente de 4 a 20mA.
Um par de cabos é responsável apenas por levar a alimentação da fonte até o transmissor e o outro par é responsável apenas pela circulação de corrente de 4 a 20mA. 
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PROTOCOLO HART:
O protocolo de comunicação HART® é mundialmente reconhecido como um padrão da indústria para comunicação de instrumentos de campo inteligentes com saída de 4 a 20mA, microprocessados.
O protocolo HART® permite a sobreposição do sinal de comunicação digital aos sinais analógicos de 4 a 20mA, sem interferência, na mesma fiação.
Há vários anos, a comunicação de campo padrão usada pelos equipamentos de controle de processos tem sido o sinal analógico de corrente (mA).
Na maioria das aplicações, esse sinal de corrente varia dentro da faixa de 4 a 20mA proporcionalmente à variável de processo representada. Virtualmente todos os sistemas de controle de processos de plantas usam este padrão internacional para transmitir a informação da variável de processo.
O protocolo HART® promove uma significativa inovação na instrumentação de processos. As características dos instrumentos podem ser vistas via comunicação digital que são refletidas na denominação do protocolo, HART®, que significa “Highway Addressable Remote Transducer”.
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PROTOCOLO HART (continuação):
O protocolo HART® possibilita a comunicação digital bidirecional em instrumentos de campo inteligentes sem interferir no sinal analógico de 4 a 20mA.
Tanto o sinal analógico de 4 a 20mA como o sinal digital de comunicação HART®, podem ser transmitidos simultaneamente na mesma fiação.
A variável primária e a informação do sinal de controle podem ser transmitidos pelo 4 a 20mA, se desejado, enquanto que as medições adicionais, parâmetros de processo, configuração do instrumento,calibração e as informações de diagnóstico são disponibilizadas na mesma fiação e ao mesmo tempo.
O protocolo HART® usa o padrão Bell 202, de chaveamento por deslocamentos de freqüência (FSK) para sobrepor os sinais de comunicação digital ao de 4 a 20mA.
Por ser o sinal digital FSK simétrico em relação ao zero, não existe nível DC associado ao sinal e portanto ele não interfere no sinal de 4 a 20mA.
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PROTOCOLO HART (continuação):
A lógica “1”
é representada por uma freqüência de 1200Hz e a lógica “0” é representada por uma freqüência de 2200Hz, como mostrado nas Figuras abaixo:
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PROTOCOLO HART (continuação):
O sinal HART® FSK possibilita a comunicação digital em duas vias, o que torna possível a transmissão e recepção de informações adicionais, além da normal que é a variável de processo em instrumentos de campo inteligentes.
O HART sobrepõe o sinal de comunicação digital ao sinal de corrente 4 a 20 mA.
O protocolo HART® se propaga há uma taxa de 1200 bits por segundo, sem interromper o sinal de 4 a 20mA
20 mA
4 mA
Sinal Digital
Sinal Analógico
Nota: Fora de escala
Tempo
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Supressor de ruídos: 
Ruídos eletromagnéticos inconvenientes podem ser agravantes para deteriorar o sinal de processo, e neste caso, um supressor comum de ruídos pode e deve ser utilizado. A figura ao lado ilustra esta aplicação.
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem: 
O selo é um artifício para isolar o instrumento do fluido de medição, permitindo apenas que a pressão deste possa ser medida
Quando o fluido a ter sua pressão medida estiver em alta temperatura, ou particularmente for vapor, é conveniente o uso de um sifão, construído até mesmo com a própria tubulação, permitindo a condensação no percurso da volta do sifão e impedindo que o fluido tenha contato direto com o instrumento.
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem (continuação): 
No caso em que os fluidos forem viscosos, corrosivos ou sanitários, também pode ser importante a utilização de potes de selagem.
Os potes de selagem são reservatórios colocados entre o processo e o elemento medidor, isolando-os através da diferença de densidade existente entre os líquidos do processo e do selo.
A pressão exercida pelo líquido do processo será transmitida ao líquido de enchimento do selo (que é necessariamente mais denso) e este a levará até a célula de medição.
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem (continuação): 
Existe também o selo de diafragma que não é limitado ao uso somente com líquidos. Como o próprio nome diz, o selo diafragma possui uma cápsula de diafragma separando a conexão ao processo da conexão ao medidor.
Inclui-se neste tipo de pote de selagem uma conexão para enchimento com o fluido adequado e uma outra conexão para limpeza, localizadas no lado do medidor e do processo, respectivamente.
O líquido de enchimento utilizado normalmente é a glicerina, silicone ou mercúrio e para altas temperaturas, uma mistura de sódio e potássio.
As partes em contato com o processo, incluindo o diafragma, podem ser feitos com materiais bastante resistentes. 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem (continuação): 
No entanto, a tecnologia que hoje está mais em voga no que tange à selagem de sistemas de medição de pressão (ou nível ou vazão) é a dos selos remotos.
Um sistema de selo remoto consiste em um sistema de medição mais um selo de diafragma remoto, um fluido de enchimento e um conduíte ou capilar, caso seja necessário.
Durante a operação no processo, o sistema de preenchimento formado pelo conduíte mais o fluido, isolam o sistema de medição, do fluido de processo.
Os sistemas de selagem remotos são influenciados pela temperatura, mas estas não afetam criticamente o resultado final da medida realizada.
Existem várias configurações possíveis para um sistema de selo de diafragma remoto. Algumas são apresentadas a seguir:
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem (continuação): 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem (continuação): 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Potes de selagem (continuação): 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Válvulas Manifold: 
As válvulas manifold, também chamadas válvulas equalizadoras, são elementos instalados nas tomadas de impulso de medidores de pressão diferencial a fim de promover segurança ao instrumento, ao operador e ao processo, em uma situação de manutenção ou reposição.
É constituído por um bloco contendo três ou cinco válvulas, com finalidades específicas e correspondentes ao seu posicionamento dentro das tomadas de impulso. 
Atualmente temos encontrado disponível em alguns fabricantes válvulas manifold integrais, que são acopladas diretamente ao transmissor, ocasionando, por conseqüência, uma redução na engenharia do produto e do processo e dos custos inerentes à instalação de uma válvula em separado. 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Válvulas Manifold (continuação): 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Válvulas Manifold (continuação): 
A seguir temos o procedimento para substituição de um transmissor de pressão diferencial: 
1) Abre-se a válvula equalizadora a fim de zerar a diferença de pressão entre as duas câmaras do medidor;
2) Fecham-se as duas válvulas de bloqueio a fim de desconectar o medidor do processo; 
3) Abrem-se as válvulas de dreno, se existirem, a fim de escoar os resíduos de fluido de processo retidos na parte isolada da tomada de impulso (entre medidor e manifold) e esvaziar a câmara de medição do instrumento; 
4) Retira-se o instrumento. 
5) Coloca-se o novo instrumento; 
6) Fecham-se as linhas de dreno; 
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Válvulas Manifold (continuação): 
7) Abrem-se as válvulas de bloqueio permitindo que o fluido de processo entre em contato com a câmara de medição. 
8) Fecha-se a válvula equalizadora a fim de retomar a pressão diferencial entre as tomadas de impulso disponibilizando-a ao medidor. 
 Podemos também através do passo 1 identificar uma outra função da válvula manifold, que é a de zerar a pressão diferencial no medidor quando da abertura da válvula equalizadora, permitindo assim um rápido ajuste de zero no mesmo.
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ACESSÓRIOS ÚTEIS PARA USO EM
MEDIÇÃO DE PRESSÃO:
Nos casos em que o transmissor de pressão diferencial é utilizado para medição de vazão, podemos ter a placa de orifício integrada ao transmissor. Neste caso, chamamos o conjunto de transmissor com orifício integral. 
Placa de orifício integrada ao transmissor: 
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO:
Pressostatos são dispositivos que têm como finalidade básica atuar em um processo informando uma condição anormal de pressão.
Um pressostato é normalmente construído de duas partes: a primeira é a parte sensora e a segunda é chamada de acionadora.
A parte sensora é aquela que recebe o impulso de pressão direto do processo onde está instalado. Tal impulso é percebido por um elemento sensor (normalmente uma membrana de neoprene ou lâmina delgada de aço inoxidável ou ainda latão).
Ao deformar-se irá atuar em sua segunda parte, que é um dispositivo elétrico (microchaves – microswitch - ou pequenas ampolas de mercúrio).
Vale lembrar que os pressostatos podem utilizar os mesmos tipos de acessórios que servem aos manômetros, tais como os selos-diafragma, sifões ou enchimentos de glicerina.
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO (continuação):
Abaixo imagens de pressostatos industriais.
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO (continuação):
O pressostato quando atuado em seu ponto de ajuste (set-point), assim permanecerá até que o impulso diminua (pressostato para alta pressão) ou aumente (pressostato para baixa pressão).
Comportamento Diferencial: 
A diferença entre o ponto de atuação (set-point) e o ponto de normalização (chamado de ponto de reset ou rearme) é denominado faixa diferencial do pressostato.
Pressostatos mais simples possuem valor de reset fixo enquanto que os mais elaborados possuem ajustes que permitem alterar este ponto dentro de uma faixa determinada.
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO (continuação):
Exemplo:
Consideremos os seguintes dados acerca de um processo qualquer:
Comportamento Diferencial (continuação): 
Tipo de pressostato: PSH (para pressão alta).
Set point: 5,0 Kgf/cm2.
Pressão mínima de processo: 3,5 Kgf/cm2.
Pressão normal de processo: 4,5 Kgf/cm2.
Pressão máxima de processo: 8,0 Kgf/cm2.
Diferencial máximo: 2,0 Kgf/cm2 fixos (sem ajuste)
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO (continuação):
O instrumento depois de ajustado é instalado no campo e alinhado ao processo quando a pressão estava em 4,0 Kgf/cm2.
Comportamento Diferencial (continuação): 
Após um tempo houve um aumento súbito de pressão e esta ultrapassou o valor do set-point, chegando em torno de 7,0 Kgf/cm2.
O pressostato imediatamente envia um alarme ao operador que o reconhece em seu sistema.
Assim permanece durante um tempo e mais tarde o operador observa através de outra indicação que a pressão no local caiu para algo em torno de 3,8 Kgf/cm2, porém o alarme de pressão alta ainda permanecia ativo. Este aciona o Instrumentista para verificar o problema.
Examinando a situação o profissional percebe que, sendo o diferencial fixo o reset NUNCA iria ocorrer, pois tendo 2,0 Kgf/cm2 de diferencial o desarme não aconteceu por que a pressão mínima de processo precisaria chegar a 3,0 Kgf/cm2, o que não iria ocorrer uma vez que seu valor mínimo é 3,5 Kgf/cm2.
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO (continuação):
PSL – Pressostato de Pressão Baixa:
Ligações Elétricas (PSL = C+NA / PSH = C+NF): 
Para que um sistema seja considerado eletricamente seguro, na condição de normalidade do processo o dispositivo deverá estar SEMPRE FECHADO para a circulação de corrente elétrica.
Havendo a anormalidade, ocorrerá a abertura dos contatos do dispositivo e essa é a condição que indicará o alarme.
Como para o PSL a condição normal é a pressão alta, quando este estiver alinhado ao processo em regime normal de operação, seu dispositivo de acionamento será imediatamente atuado.
Portanto para que tenhamos a condição de continuidade elétrica, o PSL deve ser ligado eletricamente aos pontos COMUM e NORMALMENTE ABERTO (C + NA)
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A CHAVE DE PRESSÃO – PRESSOSTATO (continuação):
PSH – Pressostato de Pressão Alta:
Ligações Elétricas (PSL = C+NA / PSH = C+NF): 
Pelo já exposto fica fácil entender que o PSH deve ser ligado aos pontos COMUM e NORMALMENTE FECHADO (C + NF).
Certamente, se é alarme de pressão alta, então a condição de normalidade para este dispositivo é a pressão baixa.
Ao ser alinhado a um processo em regime normal (sem estar sob valores de pressão alta para o seu set-point), o dispositivo não será acionado.
Conclui-se que para a continuidade elétrica a ligação correta é em C + NF.
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EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO E REVISÃO
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FIM