Capitulo 3

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IFPI – INSTITUTO FEDERAL DO PIAUÍ
TERESINA, 30 de novembro de 2018 
NOME: FRANCISCO GUSTAVO FERREIRA DE SOUZA
TURMA/CURSO: 401 – ELETRONICA
AUTOMAÇAO INDUSTRIAL – FRANCISCO MARCELINO
CAPÍTULO 3 – EXERCÍCIOS.
1) Conceitue pressão e, com o auxílio de figuras, defina pressão atmosférica, relativa, absoluta e vácuo.
R-A pressão pode ser definida como a forcaexercidasob uma certa área por gases e líquidos devido ao seu peso,como a pressão que a atmosfera aplica a superfície da Terra e a pressão que um liquido pressurizadoaplica as paredes de um reservatório.
Pressão atmosférica: pressão exercida pela atmosfera terrestre medida em um barômetro.
Ao nível do mar, essa pressão e de aproximadamente 760 mmHg.
Pressão relativa positiva ou manométrica (Pman): pressão medida em relação a pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.
Pressão absoluta: e a soma da pressão relativa e atmosférica; também se diz que e medida a partir do vácuo absoluto.
Vácuo: ausência de pressão, pela ausência total de matéria, como o ar por exemplo.
2) Descreva a lei de Pascal e sua aplicação para medição de pressão.
R - A lei de Pascal diz que a pressão aplicada a um fluido em um sistema fechado e transmitidapara todas as partes do fluido e para as paredes do recipiente. Isso e demonstrado pelaprensa hidráulica, como mostra a Figura 3.2.
A forca Fsexercida no pistão menor ira transmitir a pressão no fluido, que e dada por:
em que Ase a área da seção transversal do pistão menor.
Logo:
AL e a área da seção transversal do pistão maior; dessa forma:
Nota-se que a forca FL e amplificada pela relação entre as áreas dos pistões. Esse principio
e largamente empregado em sistemas de elevaçãohidráulica, como macacos hidráulicos.
3) Qual a função do sifão quando empregado para medições de pressão?
R - São empregados para isolar o calor do processo aos instrumentos, pois o liquido que fica retido na curva do sifão se resfria. Essa e a porção que entra em contato com o sensor do instrumento,evitando que a alta temperatura danifique o equipamento.
4) O que é selagem? Por que é empregada para medições de pressão?
R - Tem como finalidade isolar o instrumento do processo para evitar os seguintes problemasem sistemas de medição de pressão:
evitar congelamento ou deposito de fluido do processo no elemento de medição
devido a variações de temperatura;
evitar que Fluidos nocivos, radioativos ou corrosivos possam entrar em contato como sensor;
evitar que fluidos viscosos fiquem fixados no instrumento de medição.
Os sistemas de selagem são preenchidos com líquidosincompressíveis e hidraulicamente transmitem a pressão do processo para elemento de medição de pressão. Os fluidos são escolhidosde forma a proverem baixa expansãotérmica e viscosidade e evitar contaminação perigosado processo em caso de ruptura do diafragma. Existem vários fluidos empregados, e omais popular e uma mistura de glicerina e água. Na Figura 3.5 são apresentados exemplos típicosde sistemas de selagem.
5) Por que são empregadas válvulas manifold para medição de pressão?
R - Tem como finalidade facilitar procedimentos de calibração e manutenção dos instrumentossem parada do processo. Como os fluidos do processo podem ser tóxicos, corrosivos enocivos ao pessoal de operação e ao meio ambiente, e necessário proteger contra o lançamento desses fluidos durante a calibração
.
6) Como e feita medição de pressão empregando sensores straingauge? Apresente as características desse sensor.
R - Tem como princípio de operação a extensão de uma resistência quando submetidos a uma pressão. Esses sensorestem a capacidade de detectar deslocamentos muito pequenos, de faixas típicas de 50 μm,e são empregados tipicamente como parte de outros transdutores para medição de pressão.Nesse tipo de medição a imprecisão e tipicamente menor que +-0,15% do fundo da escala. Osstraingaugessão produzidos com diversos valores de resistência, e os de 120, 350 e 1000 Ωsão os mais comuns. A variaçãomáxima de resistência em straingaugede 120 Ω e de 5 Ω.
O arranjo tradicional de straingaugeconsiste em um metal de resistência colocado em
um formato ziguezague e montado em um suporte flexível, como mostra a Figura 3.8a. O fio e nominalmente formado de uma seção circular, e quando uma forca e aplicada ao sensora forma da seção transversal irá se distorcer, mudando a área da seção transversal, e, como a resistência do fio por unidade de comprimento e inversamente proporcional aárea da seção transversal, haverá um aumento da resistência quando submetida a pressão.
Os straingaugessão colados em um objeto que se desloca para a medição. Sua resistência e medida em um circuito em ponte de Wheatstone, conforme apresentado, com corrente máxima variando de 5 a 50 mA. Como a variação de resistência e pequena, as aplicaçõestípicas necessitam de uma etapa de amplificação.
7) O que é fator de medição? Apresente sua equaçãocaracterística e sua relação com a distensão.
R - Diversos fatores afetam o esforço axial e a resistência de medição, como a geometria do filamento do straingaugee a direção da força aplicada. Isso e expresso por uma constante chamadafator de medição, ou gaugefactor(GF), dada por:
Distensão(ε) é a quantidade de deformação (ΔL) do comprimento de um corpo (L) devido a uma força aplicada, como mostra a Equação:
Essa distensão pode ser de tração (positiva) ou compressão (negativa), e é um valor adimensional. Também e chamada de microstrain, que é equivalente a
Para medições com straingauge, um parâmetro fundamental e o fator de medição (GF),
apresentado anteriormente, e que pode ser relacionado com a distensão pela Equação:
As medições de pressão dificilmente possuem quantidades maiores que a ordem de grandezade milistrain (ε .10–3). Dessa forma, as mediçõessão feitas para variações de resistência muito pequenas.
8) Qual o fator de medição de um straingaugede 300 Ω que sofre uma distensão de 200
microstraincom variação de resistência de 0,3 Ω?
9) Apresente com o auxílio de diagramas as configurações, e ponte completa empregadaspara a medição de pressão com straingauges.
R - straingauges são dispositivos que tem sua resistência alterada conforme tem seu corpo deformado, dessa forma, precisam ser ligados a um ponte Wheatstone, para que sua resistência possa ser medida.
Configuração um quarto de ponte:
Configuração meia ponte:
Configuração ponte completa:
10) Sabe-se que a temperatura influencia a resistênciaelétrica. O que pode ser feito para minimizar esse efeito na medição de pressão com um straingauge?
R - Uma característica Indesejável dos straingaugese que ocorre variação de resistência com a variação de temperatura. Como o que desejamos e a medição de pressão, isso não é bom.
Para resolver esse problema, emprega-se um outro straingaugeno lugar de R2, assim ambos oselementos variarão a resistência na mesma proporção a medida que a temperatura variar, cancelandoos efeitos da variação da temperatura, os resistores R1 e R2 possuem valores iguais de resistência e os straingauges são idênticos.Quando nenhuma forca e aplicada, a ponte está em uma condição de perfeito equilíbrio,com o voltímetro registrando 0 V. Os straingaugessão colocados no equipamento a ser medido, porem somente um e colocado em condição em que está exposto a extensãomecânica, enquanto o outro sensor e colocado isolado de esforçomecânico, atuando meramentecomo um dispositivo de compensação. Dessa forma, se a temperatura mudar, ambasas resistênciasmudarãona mesma forma e o estado de equilíbrio permanecera inalterado.Somente a diferença entre as resistências produzidas por uma forca física alterara o equilíbrioda ponte.Para que a compensação da temperatura seja possível, e fundamental que os straingaugessejam colocados de forma que existam um straingaugeativo e outro inativo, como mostra aFigura.
11) O que é célula de carga?
Os sistemas de medição de pressão podem ser adquiridos como unidades completascom os straingauges e resistores precisamente encapsulados e com pontos de fixação para equipamentos denominados células de carga.
12) Quais os erros que podem ocorrer na medição com straingauges?
» incerteza do fator de medição (aproximadamente 1%); 
» não linearidade da ponte, que é resultado de a variação da resistência na ponte ser muito pequena se comparada à resistência nominal dos elementos da ponte;
 » erros devido à diferença de tamanho dos cabos; 
» efeitos de temperatura ocasionando a variação da resistência dos elementos da ponte; 
» efeito de autoaquecimento dos sensores.
13) Como e feita a medição de pressão com sensores piezoeléctricos? Apresente um circuito empregado para esse tipo de medição.
A construção básica de um sensor de uso geral de quartzo consiste em discos de pequena espessura, colocados sobrepostos para formar o sensor. Em um transdutor piezoelétrico, placas metálicas são colocadas na superfície do cristal, que é pré-comprimido para aplicações de medição.
14) Com o auxílio de figuras, apresente o princípio de medição por pressão empregando célula capacitiva.
O princípio básico de operação de um sensor capacitivo tem base na medição da variação na capacitância, resultante do movimento de um elemento elástico. O elemento elástico geralmente é inconel ou aço inoxidável submetido a pressão do processo em um dos lados e a uma pressão de referência em um outro. Dependendo do tipo de referência empregada, o sensor pode detectar pressão absoluta, diferencial ou manométrica.
15) Apresente as vantagens e limitações da medição de pressão empregando célula capacitiva.
Vantagens:
» precisão de 0,01 a 0,2%; 
» faixa de 80 Pa a 35 MPa; 
» linearidade; 
» resposta rápida;
Limitações:
» sensível a temperatura; 
» problemas com capacitância parasita; 
» vibração; 
» custo que pode ser elevado para algumas aplicações.
16) Descreva o processo de medição empregando cristais de silício ressonante.
Há décadas cristais ressonantes têm sido empregados para medição de pressão com um lado do cristal em contato com o fluido a ser medido. Quando a pressão aumenta o cristal se deforma, alterando sua freqüência natural de oscilação. Esse tipo de transmissor é implementado por meio de uma microusinagem em que se escava uma depressão, onde são depositadas camadas de silício em um diafragma em forma da letra H.
17) Como e feita a medição através do principio ótico? Quais são as suas vantagens e desvantagens?
Tem como princípio de medição o movimento de um diafragma devido a pressão. É uma haste montada no diafragma que se move em direção ao feixe de luz infravermelha. À medida que o feixe de luz é atravessado, tem-se uma relação com a pressão aplicada. Esse tipo de medidor apresenta como vantagens não ser sensível a temperatura, apresentar boa repetibilidade, ter tamanho reduzido e imunidade eletromagnética sem apresentar histerese; como limitação, está o seu alto custo para determinadas aplicações.