Medição de Pressão em Processos Industriais

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8/6/2020
MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS 
FÍSICAS INDUSTRIAIS
116h
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VARIÁVEL 
PRESSÃO
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IMPORTÂNCIA DE SUA MEDIÇÃO
A medição e controle de pressão é a variável de processo mais usada na
indústria de controle de processos nos seus mais diversos segmentos. Além disso,
através da pressão é facilmente possível inferir uma série de outras variáveis de
processo, tais como nível, volume, vazão e densidade.
Princípios, leis e teoremas da física utilizados na medição de Pressão:
Teorema de Stevin (Teorema fundamental da hidrostática)
Teorema de Bernoulli (Lei da conservação de energia)
Princípio de Pascal
Equação Manométrica
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UNIDADES DE PRESÃO
A pressão possui vários tipos de unidades. Os sistemas de unidade SI,
gravitacional e unidade do sistema de coluna de líquido são utilizados.
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UNIDADES DE PRESÃO
Exercício: Utilizando a tabela anterior, converta as leituras abaixo para kPa.
a) 100 mm
b) 0,5 kgf/cm²
c) 100 mmHg
d) 2 atm
e) 25 Bar
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DEFINIÇÃO DE PRESSÃO
É a relação entre uma força aplicada perpendicularmente (90°) a uma área, e
é expressa pela seguinte equação:
Área
Força
 
A
F
 P 
A pressão pode ser também expressa como a somatória da pressão estática e
pressão dinâmica, e assim chamada de pressão total
N/m² = Pa
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DEFINIÇÃO DE PRESSÃO
Exercício 1: Uma força de 200N é aplicada sobre uma área de 0,05m². A pressão
exercida sobre essa área é igual a?
Exercício 2: A pressão atmosférica em determinada região da Terra é igual a 780
mmHg. Indique, entre as alternativas abaixo, aquela que apresenta corretamente
a pressão atmosférica local em atm:
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PRESSÃO ESTÁTICA, DINÂMICA E TOTAL
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 em áreas
iguais.
Pressão Dinâmica: É a pressão exercida por um fluido em movimento paralelo à
sua corrente. A pressão dinâmica é representada pela seguinte equação:
)(N/m V . . 
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1
 Pd 22
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TIPOS DE PRESSÃO
Pressão Total: É a pressão resultante da somatória das pressões estáticas e
dinâmicas exercidas por um fluido que se encontra em movimento.
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TIPOS DE PRESSÃO
A pressão medida pode ser representada pela pressão absoluta, manométrica
ou diferencial. A escolha de uma destas três depende do objetivo da medição.
Os manômetros de ponteiros, geralmente, medem a diferença de pressão
existente entre um meio e a pressão atmosférica. Se a pressão medida for maior
que a pressão atmosférica, a diferença é conhecida como pressão manométrica ou
relativa e se inferior à atmosférica é comumente denominada vácuo.
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TIPOS DE PRESSÃO
Pressão Relativa:
A pressão relativa, medida pelos manômetros de ponteiro, pode ser definida
como sendo a pressão que se acrescenta à pressão atmosférica existente,
enquanto que o vácuo será o valor decrementado.
A pressão atmosférica depende da altitude do local
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TIPOS DE PRESSÃO
Pressão Absoluta
Portanto, a pressão absoluta é o resultado da soma da pressão relativa
(manométrica) e a pressão atmosférica. Quando se trata de vácuo, se determina
subtraindo o valor da pressão indicado no vacuômetro do valor medido por um
barômetro.
Em termos práticos:
Se a pressão atmosférica é de 690 mmHg e o vacuômetro colocado no coletor de
admissão de um carro indica 450 mmHg, qual o valor da pressão absoluta no
coletor?
mmHg 240 450 - 690 o vacuômetrP. - P.atm. P.absoluta 
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TIPOS DE PRESSÃO
A Pressão Diferencial
É o resultado da diferença de duas pressões medidas. Em outras palavras, é a
pressão medida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referência da pressão
atmosférica.
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ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE 
PRESSÃO
A medição de uma variável de processo é feita, sempre, baseada em princípios
físicos ou químicos e nas modificações que sofrem as matérias quando sujeitas às
alterações impostas por essa variável. A medição da variável pressão pode ser
realizada baseada em vários princípios, cuja escolha está sempre associada às
condições da aplicação.
Os medidores de pressão de um modo geral podem ser divididos em três
partes, sendo fabricado pela associação destas partes ou mesmo incorporado a
conversores e com isso recebendo o nome de Transmissores de Pressão. As três
partes são: Elemento de Recepção, Elemento de Transferência e Elemento de
Indicação.
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ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE 
PRESSÃO
Elemento de Recepção
Aquele que recebe a pressão a ser medida e a transforma em deslocamento ou
força (ex.: bourdon, fole, diafragma).
Bourdon Fole
Vídeo: Como funciona um Manômetro Bourdon.
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ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE 
PRESSÃO
Elemento de Transferência
Aquele que amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção ou
que transforma o mesmo em um sinal único de transmissão do tipo elétrica ou
pneumática, que é enviada ao elemento de indicação (ex.: links mecânicos, relé
piloto, amplificadores operacionais).
Amplificadores Operacionais
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ELEMENTOS MECÂNICOS PARA MEDIÇÃO DE 
PRESSÃO
Elemento de Indicação
Aquele que recebe o sinal do elemento de transferência e indica ou registra a
pressão medida (ex.: ponteiros, displays).
Display para indicar pressão 
arterial.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Manômetros
São dispositivos utilizados para indicação local de pressão, e em geral divididos
em duas partes principais: o manômetro de líquidos, que utiliza um líquido como
meio para se medir a pressão; e o manômetro tipo elástico, que utiliza a
deformação de um elemento elástico como meio para se medir pressão.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Observe na tabela que os manômetros são classificados de acordo com os
elementos de recepção.
Tipos de manômetros Elementos de recepção
Manômetro de Líquido Tipo tubo em “U”
Tipo Coluna Reta
Tipo Coluna Inclinada
Manômetro Elástico Tipo tubo de Bourdon
Tipo Diafragma
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Manômetro de Líquido:
 Princípio de funcionamento e construção
É um instrumento de medição e indicação local de pressão baseado na
equação manométrica. Sua construção é simples e de baixo custo. Basicamente é
constituído por tubo de vidro com área seccional uniforme, uma escala graduada,
um líquido de enchimento, e suportados por uma estrutura de sustentação. O valor
de pressão medida é obtido pela leitura da altura de coluna do líquido deslocado
em função da intensidade da referida pressão aplicada.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Manômetro de Líquido:
 Líquidos de enchimento
A princípio, qualquer líquido com baixa viscosidade, e não volátil nas condições
de medição, pode ser utilizado como líquido de enchimento. Entretanto, na prática,
a água destilada e o mercúrio são os líquidos mais utilizados nesses manômetros.
 Faixa de medição
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 2mH2O caso se utilize água, e 2mHg
com utilização do mercúrio.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Manômetro de Líquido:
 Influência da temperatura na leitura
Como a medição de pressão utilizando manômetro de líquido depende do peso
específico do mesmo, a temperatura do ambiente onde o instrumento está
instalado irá influenciar no resultado da leitura e, portanto, sua variação, caso
ocorra, deve ser compensada.
Isto é necessário pois na construção da escala é levada em consideração a massa
específica do líquido a uma temperatura de referência.
Mercúrio 0ºC Água 4ºC
Massa Específica: 13.595,1kg/m³ Massa Específica: 1.000,0kg/m³
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna em “U”
O tubo em “U” é um dos medidores de pressão mais simples entre os medidores
para baixa pressão. É constituído por um tubo de material transparente
(geralmentevidro) recurvado em forma de U e fixado sobre uma escala graduada.
Vídeo: Como funciona um manômetro de coluna U.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna em “U”
Onde Pa – Pb é a diferença de pressão
𝒎 é a densidade do fluído manométrico
𝒇 é a densidade do fluído
g é a aceleração da gravidade
H é a altura da coluna deslocada
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna Inclinada
O princípio de funcionamento deste tipo de manômetro é o mesmo que
aquele de tubo em “U” com diâmetros diferentes.
Nesse caso, o tubo de pequeno diâmetro (d) é inclinado com um certo ângulo
α, de maneira a obter-se um grande deslocamento do líquido no tubo inclinado,
mesmo no caso de medição de pressões muito pequenas. Este instrumento
permite medir pressões da ordem de 0,02mm de coluna de H2O. Neste tipo de
manômetro, é necessário se trabalhar com o instrumento perfeitamente nivelado
e deve-se evitar que ele seja submetido a vibrações.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna Inclinada
 sen
D
d
hP ).1.(.
2
2

Esta equação
demonstra que, para
uma pressão
determinada, quanto
menor for o ângulo α
maior será o
deslocamento do
líquido no tubo
inclinado, pois o valor
de senα será tanto
menor quanto menor
for o ângulo α.
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna Reta
O emprego deste manômetro é idêntico ao do tubo em “U”.
Nesse manômetro as áreas dos ramos da coluna são diferentes, sendo a
pressão maior aplicada normalmente no lado da maior área.
Essa pressão, aplicada no ramo de área maior, provoca um pequeno
deslocamento do líquido na mesma, fazendo com que o deslocamento no outro
ramo seja bem maior, devido ao volume deslocado ser o mesmo e sua área bem
menor. Chamando as áreas do ramo reto e do ramo de maior área de “a” e “A”
respectivamente, e aplicando pressões P1 e P2 em suas extremidades, teremos pela
equação manométrica: )( 1221 hhPP  
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna Reta
Como o volume deslocado é o mesmo, teremos:
Substituindo o valor de na equação manométrica, teremos:
Como “A” é muito maior que “a”, a equação anterior pode ser simplificada e
reescrita. Assim teremos a seguinte equação utilizada para cálculo da pressão:
2121 *** hA
a
hhahA 
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PRINCIPAIS TIPOS DE MEDIDORES DE PRESSÃO
Tipos de Manômetro Líquido
Manômetro tipo Coluna Reta
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PRESSÃO HIDROSTÁTICA
É a pressão que uma coluna de um fluido exerce a certa profundidade.
Por exemplo, se você mergulhar no fundo do mar, vai sentir a pressão que toda
a água acima de você exerce.
Como calcular a Pressão Hidrostática?
Pressão é a força sobre a área.
Então, a pressão que um fluido exerce em um ponto é igual ao seu peso acima
desse ponto sobre a área em que ele atua.
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PRESSÃO HIDROSTÁTICA
Exemplo: Calcular a pressão de uma coluna de líquido em um cilindro a uma certa
profundidade h.
Primeiro, vamos calcular o peso da coluna de líquido. Vamos chamar a força
peso de F para não confundir com a pressão p:
F = m.g
Para calcular a massa do fluido, usamos a relação entre densidade e volume:
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PRESSÃO HIDROSTÁTICA
Volume do cilindro é base vezes altura:
Então, o peso é dado por:
Para calcular a pressão, basta dividir essa força pela área em que ela está atuando,
que é a mesma área A:
Essa é a pressão
exercida a uma certa
profundidade apenas
pela coluna de
líquido.
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PRESSOSTATOS
É um instrumento de medição de pressão utilizado como componente do
sistema de proteção de equipamento ou processos industriais. Sua função básica é
de proteger a integridade de equipamentos contra sobrepressão ou subpressão
aplicada aos mesmos durante o seu funcionamento.
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PRESSOSTATOS
Também encontramos pressostatos em compressores
tradicionais.
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Justificativas para o uso do Transmissor
Transmissor
Mais segurança, economia e conveniência em
relação aos controladores.
Eliminam a presença de fluidos corrosivos,
tóxicos mal cheirosos e de alta pressão na sala de
controle.
As salas de controle tornam-se mais práticas,
com a ausência de tubos capilares compridos,
protegidos , compensados e com grande tempo
de atraso.
Padronização dos instrumentos receptores do
painel; os indicadores, os registradores e os
controladores recebem o mesmo sinal padrão
dos transmissores de campo.
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Transmissor Inteligente
É um transmissor em que as funções de um sistema microprocessador
são compartilhadas entre:
1. Derivar o sinal de medição primário.
2. Armazenar a informação referente ao transmissor em si, seus dados de
aplicação e sua localização.
3. Gerenciar um sistema de comunicação que possibilite uma comunicação de
duas vias (transmissor para receptor e do receptor para o transmissor).
4. Por ser digital e receber um sinal analógico, tem necessariamente um
conversor A/D em sua entrada. O transmissor híbrido, que é digital e possui
saída analógica de 4 a 20mA deve possuir em sua saída um conversor D/A.
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Transmissor a 2 fios
Utilizado quando um mesmo cabo, com 2 condutores e normalmente
uma malha de terra, serve para alimentar o instrumento com 24 Vdc e também
para transmitir o sinal de corrente de 4 a 20 mA.
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Sinais padrão de transmissão
Existem dois sinais padrões na instrumentação:
Sinal Pneumático
Sinal Eletrônico
SI: 20 a 100 kPa
Não SI: 3 a 15psig e 0,2 a 1,0 kgf/cm²
4 a 20 mA cc
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Transmissor Pressão Diferencial Capacitivo
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Instalação do Transmissor de Pressão SMAR LD-301
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Escalonamento de Funções – Equações de primeira ordem
Para realizar um escalonamento de funções, por exemplo, de entrada
analógica ou de contagem rápida manualmente, utilize a equação da reta.
Exemplo: Uma entrada analógica de um controlador programável tem seu
intervalo configurado entre 4...20mA e deseja-se ter na saída, em unidade de
usuário, o valor equivalente no intervalo de 0..100.
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Escalonamento de Funções – Equações de primeira ordem
Equacionamento:
4 – Intervalo inicial entrada analógica (mA) 0 – Intervalo inicial de saída convertido
x – Valor da entrada analógica (mA) y – Valor de saída convertido
20 – Intervalo final entrada analógica (mA) 100 – Valor final de saída convertido 
Assim:
20 - 4 100 - 0
x - 4 y - 0
Portanto:
16 100
x - 4 y - 0
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Escalonamento de Funções – Equações de primeira ordem
Numericamente, considere, por exemplo, que deseja-se obter o valor da
entrada analógica (em mA) para 20% e 50% do intervalo de saída,
respectivamente.
Para 20% Para 50%
16 100
x – 4 20
16.20 = 100.x – 400
720 = 100.x
x = 7,2 mA
16 100
x – 4 50
16.50 = 100.x – 400
1200 = 100.x
x = 12 mA
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TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Escalonamento de Funções – Equações de primeira ordem
Um transmissor eletrônico de pressão gera uma tensão CC de saída entre 0 e
10V, proporcional a uma pressão de entrada entre 0 e 20 bar, respectivamente. Se
for verificada uma leitura de 7V na saída desse transmissor, a correspondente
pressão de entrada, em bar, será?
Um transmissor eletrônico de pressão gera uma corrente CC de saída entre 4 e
20mA, proporcional a uma pressão de entrada entre 2 e 15 bar, respectivamente.
Se for verificada uma leitura de 5,4mA na saída desse transmissor, a
correspondente pressão de entrada, em bar, será?
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VARIÁVEL NÍVEL
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DEFINIÇÃO DE NÍVEL
O nível é uma variável importante na indústria, não somente para a operação
do próprio processo, mas também para fins de cálculo de custo e de inventário.. Os
sistemas de medição de nível variam em complexidade, desde simples visores para
leituras locais até indicaçãoremota, registro ou controle automático.
A medida do nível de um reservatório contendo líquido ou sólido é efetuada
para manter esta variável em um valor fixo ou entre dois valores determinados, ou
ainda para determinar a quantidade (volume ou massa) do fluido em questão.
Existem dois métodos de medição que são usados nos processos em geral:
• Medição Direta
• Medição Indireta
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MEDIÇÃO DIRETA
É a medição que se faz tendo como referência a posição do plano superior da
substância medida.
Teoria dos Vasos Comunicantes
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MEDIÇÃO DIRETA
Medidor de Nível Tipo Régua ou Gabarito
Consiste em uma régua graduada que
tem o comprimento conveniente para ser
introduzido no reservatório onde vai ser
medido o nível.
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MEDIÇÃO DIRETA
Visores de Nível
Aplica-se nestes instrumentos o princípio dos vasos comunicantes.
Um tubo transparente é colocado a
partir da base do reservatório até o seu
ponto mais alto, permitindo a leitura
precisa do nível do líquido, mesmo para
altas pressões.
Os visores de nível se destinam
exclusivamente à monitoração do nível do
líquido ou da interface entre dois líquidos
imiscíveis, em vasos, colunas, reatores,
tanques...
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MEDIÇÃO DIRETA
Visores de Nível
Aplica-se nestes instrumentos o princípio dos vasos comunicantes.
Com o princípio dos vasos
comunicantes o nível é observado
por um visor de vidro especial,
podendo haver uma escala
graduada acompanhando o visor.
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MEDIÇÃO DIRETA
Visores de Vidro Tubular
Instalado externamente com válvulas de bloqueio na parede do tanque.
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MEDIÇÃO DIRETA
Visor Plano Reflex
Possui um vidro com ranhuras prismáticas na face do contato com o líquido
cujo nível deseja medir. Seu funcionamento baseia-se na lei ótica da reflexão total
da luz.
VAPOR
ÁGUA
Vapor entre o vidro e a lâmpada: visores avermelhados
Água entre o vidro e a lâmpada: visores esverdeados.
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MEDIÇÃO DIRETA
Visores de Nível com Palhetas Metálicas
Possui uma boia magnética que faz com que as palhetas se movam à medida
que o nível sobe, mostrando a parte colorida das palhetas.
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MEDIÇÃO DIRETA
Visores de Nível com Palhetas Metálicas
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MEDIÇÃO DIRETA
Boia ou Flutuador
Boia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso, onde
está fixo um ponteiro que indicará o nível em uma escala.
Encontrada em tanques fechados não pressurizados.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Neste tipo de medição são usadas propriedades físicas ao nível como:
Pressão
Empuxo
Radiação
Propriedades Elétricas
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MEDIÇÃO INDIRETA
É o tipo de medição que se faz para determinar o nível em função de uma
segunda variável.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Pressão Hidrostática
Usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos
indiretamente o nível.
Onde:
P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O;
h = Nível em mm ou em polegada;
dr = Densidade relativa do líquido em relação à água na temp. ambiente
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Pressão Hidrostática
Supressão de Zero (Pressão na câmara de alta)
Transmissor é instalado abaixo do tanque:
- Facilitar o acesso
- Falta de plataforma fixadora em torno de um tanque
Uma coluna líquida se formará dentro da tomada de impulso e o
transmissor indicará um nível superior ao real.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Pressão Hidrostática
Supressão de Zero (Pressão na câmara de alta).
Exemplo: Cálculo de Pressão para este tipo de montagem.
Quando o nível estiver em 0%:
P0% = h . d
P0% = 1000 . 1,2
P0% = 1200 mmH2O
• Quando o nível estiver em 100%:
P100% = h . d
P100% = (2000 + 1000) . 1,2
P100% = 3000 . 1,2
P100% = 3600 mmH2O
Range: 1200 a 3600 mmH2O
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Pressão Hidrostática
Elevação de Zero – Câmara de baixa pressão com coluna líquida.
Exemplo: Cálculo de Pressão para este tipo de montagem.
Utilizada em tanques fechados e 
pressurizados.
A pressão “H” é a soma da pressão da
superfície do líquido e a pressão da
coluna de líquido no fundo do
reservatório. A pressão “L” é conectada
na parte de cima do tanque.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Pressão Diferencial
Neste tipo de medição utiliza-se a pressão exercida pela altura da coluna
líquida (hidrostática), para indiretamente obter-se o nível. Este tipo de medição é
utilizado quando a densidade do líquido é conhecida e não varia substancialmente
no processo:
Pressão exercida pela altura da
coluna líquida (hidrostática).
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Pressão Diferencial
Neste tipo de medição, a tubulação de impulso da parte de baixo do tanque é
conectada à câmara de alta pressão (Hi) do transmissor. A pressão na câmara Hi é a
soma da pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida pela
coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de baixa pressão (Low) do
transmissor de nível, é conectada na tubulação de impulso da parte de cima do
tanque onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do liquido.
Em Tanque Fechado
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Pressão Diferencial
Na situação onde o transmissor está instalado no mesmo nível que sua tomada
de alta, não há necessidade de compensação da coluna de líquido na tomada do
transmissor, o que é requisitado onde se tem o transmissor a um nível inferior, que
muitas vezes é na prática a maneira preferencial por facilitar acesso, visualização e
manutenção. Neste caso, uma coluna líquida se forma com a altura do líquido
dentro da tomada de impulso e o transmissor indicará um nível superior ao real.
Isto deve ser considerado. É o que chamamos de Supressão de Zero.
Em Tanque Aberto
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Pressão Diferencial
Transmissor LD301L
SMAR
Medição de Nível
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar
O sinal de radar, que é emitido por uma antena, reflete na superfície do
produto e retorna depois de um intervalo de tempo, que é proporcional a distância
entre a antena e a superfície do produto.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar
O sinal é gerado por um sistema chamado FMCW (Frequency Modulated
Continuous Wave). Esta frequência gerada é da ordem de 8,5 a 9,9 GHz. A medição
por radar serve para medir distância, nível, volume, líquidos com espumas,
tanques de armazenamento com agitadores, etc.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar
Vantagens:
1. Pode medir nível de líquidos complexos (tôxicos, perigosos, sanitários).
2. Não Requer licença legal (como o radioativo).
3. É uma medição sem contato.
4. Apresenta alta precisão em faixa de 1,5 a 60m.
5. A antena pode ser colocada externamente, totalmente isolada do processo.
6. Nenhuma recalibração é requerida quando se altera as condições de
processo, pois a mudança do líquido não afeta a velocidade, frequência e
processamento do sinal.
7. A operação do sistema pode tolerar revestimento do sensor, turbulência da
superfície e espuma no líquido (melhor que laser ultra-som).
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar
Desvantagens:
1. Alto Custo.
2. Só é aplicada em processo com líquido limpo.
3. Fraca reflexão em sólidos granulados.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar (Onda Guiada)
Tanto de produtos líquidos como sólidos com elevada precisão.
O único componente em contato com o meio é um cabo.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar (Onda Guiada)
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar (Onda Guiada)
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar (Onda Guiada)
Versões com a presença de indicador local e para processos críticos como
áreas classificadas ou com altas temperaturas.
Funcionamento não é afetado pela presença de gases, vapores, pó, poeira,
espuma ou alterações no meio (densidade ou condutividade).
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição por Radar (Onda Guiada)
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
O ultrassom é uma onda sonora (mecânica), cuja frequência de oscilação é
maior do que aquela sensível pelo ouvido humano, isto é, acima de 20 kHz.
A geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio
elástico. Esta excitaçãoé transferida de molécula a molécula do meio com uma
velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas. A propagação do
ultrassom depende do meio, se sólido, líquido ou gases, e sua componente
longitudinal da onda propaga-se à velocidade característica do material, isto é, é
função exclusivamente deste.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Na água, a 10ºC, a velocidade de
propagação do som é de 1440 m/s,
enquanto que no ar, a 20ºC, é de 343
m/s.
Ultrassom – criado para detectar e
localizar objetos submersos na água
por meio das ondas sonoras que os
alvos refletem ou produzem.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Geração do Ultrassom
São geradas pela excitação elétrica de materiais piezoelétricos.
Produz um deslocamento quando aplicamos uma tensão. Assim,
eles podem ser usados como geradores de ultrassom,
compondo, portanto os transmissores.
Inversamente, quando se aplica uma força em um material
piezoelétrico, resulta o aparecimento de uma tensão no seu
terminal elétrico, sendo usado como receptor de ultrassom.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Geração do Ultrassom
Quartzo cultivado
Pela sua estabilidade, é um dos materiais mais recomendados para
fabricação do sensor transdutor.
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MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Geração do Ultrassom
A excitação destes transdutores pode ser realizada de três
maneiras:
• Pulso: a excitação de pulso consiste em excitar o transdutor
com pulsos que podem atingir uma tensão acima de 500V e
com a duração de alguns nanossegundos. A frequência de
repetição dos pulsos é da ordem de 300 kHz a 1000 kHz.
•Onda Contínua: o transdutor é excitado por uma onda
senoidal (às vezes, onda quadrada) ininterruptamente.
•Trens de onda: pode ser produzido por um gerador de ondas
senoidais que é ligado por um tempo, e em seguida, desligado,
repetindo-se o processo periodicamente.
80
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Geração do Ultrassom
Quando uma onda ultrassônica que se
propaga em um meio, incide sobre a
interface de duas substâncias de densidades
diferentes, faz surgir duas ondas
emergentes: uma onda ultrassônica
proveniente da reflexão nessa interface
(onda refletida) e outra proveniente da
mudança de meio de propagação,
denominada onda refratada. Cada interface
refletirá de forma diferente.O princípio de operação do
ultrassom concentra-se na reflexão
da onda gerada pelo transdutor.
81
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Geração do Ultrassom
Detector Contínuo de Nível
Nesse sistema, a onda é emitida e o tempo
necessário para retornar é uma indicação
da profundidade. O detector contínuo de
nível (SONAR) mede o tempo requerido por
uma onda ultrassônica para ir da superfície
do líquido, refletir-se e voltar.
82
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Ultrassom
Geração do Ultrassom
Detector Contínuo de Nível
Previsão de dois transdutores, um para emissão e
outro para recepção, montados em receptáculos
distintos. Neste caso, a onda é gerada no ar,
propagando-se até a interface ar-líquido, onde ocorre
a reflexão, para depois a onda refletida ser recebida
no cristal receptor.
O transdutor gera um trem de pulsos
(burst) ultrassônico e, enquanto a
energia acústica é gerada, o receptor
é desativado.
O tempo de eco ultrassônico indica
diretamente o nível do produto.
Montado externamente,
apresentando a vantagem adicional
da não necessidade de vazar o
equipamento.
83
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Borbulhador
Neste tipo de medição, um tubo é inserido no líquido em um vaso. Uma das
pontas devidamente preparada é submersa no líquido cujo nível deseja medir, e
por meio da ponta superior é fornecido ar ou gás inerte permanentemente.
O princípio no qual se baseia
este tipo de medição é que
será necessária uma pressão
de ar igual à coluna líquida
existente no vaso, para que o
ar vença este obstáculo e
consiga escapar pela
extremidade inferior do tubo.
84
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Borbulhador
Na medição, é necessário que se possa saber
se a pressão exercida pela coluna de líquido está
sendo vencida ou não, e isto se torna possível com
o escape das bolhas de ar pela ponta imersa no
tubo. Isto representa um pequeno valor adicional
na pressão de ar, desprezível, desde que o
borbulhamento não seja intenso.
A medida se faz por meio de um instrumento receptor que pode ser
um manômetro ou qualquer outro instrumento transmissor de pressão.
85
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Capacitivo
Um capacitor consiste de dois condutores,
denominados placas, separados por um
material dielétrico. Este componente, muito
utilizado em circuitos elétricos, tem como
principal característica a propriedade de
armazenar cargas elétricas.
86
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Capacitivo
Princípio de Funcionamento
Consiste de uma sonda vertical inserida no vaso em que
se deseja monitorar o nível. A sonda pode ser isolada ou não,
e serve como uma das placas do capacitor. A outra placa é
formada pelas paredes do vaso, e o fluido comporta-se como
dielétrico. A capacitância é medida através de um circuito em
ponte AC, excitado por um oscilador de alta frequência (500
kHz a 1,5 MHz).
C2 e C3 representam as constantes dielétricas das
fases de vapor e líquido, respectivamente.
Representa a resistência efetiva entre a sonda e as
paredes do vaso (muito elevado).
Capacitância parasita apresentada
pelo isolador da sonda (constante).
87
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição de Nível Tipo Capacitivo
A utilização das sondas capacitivas apresenta, por outro lado, alguns
inconvenientes:
A temperatura do material altera a constante dielétrica. Portanto, se é prevista
a variação de temperatura do material, deve-se dotar o sistema de medição com
um compensador automático de temperatura.
A composição química ou física do material ou alteração de sua estrutura pode
afetar a constante dielétrica.
Em aplicações com líquidos condutivos viscosos, é possível que o material
incruste na superfície da sonda. Em uma redução de nível, a camada aderida à
superfície acarreta um erro de medida, já que o instrumento indicará o nível
anterior à redução. Nesse caso, utiliza-se sistema com proteção contra incrustação.
88
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição Descontínuos de Nível
São empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge certos
pontos desejados.
Por Eletrodos
Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos
metálicos de comprimento diferente. Quando houver condução entre os eletrodos
teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado
pelo líquido
89
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição Descontínuos de Nível
Por Bóias
Este tipo de medidor é utilizado como chave de nível para indicar nível alto ou
baixo e, esta informação, também serve para fazermos o intertravamento com
bombas.
90
MEDIÇÃO INDIRETA
Medição Descontínuos de Nível
Por Boias
91
VARIÁVEL VAZÃO
92
DEFINIÇÃO DE VAZÃO
Na maioria das operações realizadas nos processos industriais é muito
importante efetuar a medição e o controle da quantidade de fluxo de líquidos,
gases e até sólidos granulados, não só para fins contábeis, como também para a
verificação do rendimento do processo.
Pode ser definida como sendo a
quantidade volumétrica, mássica
ou gravitacional de um fluido
que passa através de uma seção
de uma tubulação ou canal por
unidade de tempo.
93
UNIDADES DE VAZÃO
Obs: A vazão também ser obtida pelo resultado da
multiplicação da área seccional pela média da velocidade do
fluido.
Vazão Volumétrica
É definida como sendo a quantidade em volume que escoa através de uma certa
seção em um intervalo de tempo considerado. É representada pela letra Q e
expressa pela seguinte equação:
Tempo t 
Volume V
:Onde
t
V
Q



94
UNIDADES DE VAZÃO
Unidades de Vazão Volumétrica
As unidades de vazão volumétrica mais utilizadas são: m³/s, m³/h, l/h, l/min.
Nm³/h.
Na medição de vazão volumétrica é importante referenciaras condições
básicas de pressão e temperatura, principalmente para gases e vapor, pois o
volume de uma substância depende da pressão e temperatura a que está
submetido.
95
UNIDADES DE VAZÃO
Vazão Mássica
É definida como sendo a quantidade em massa de um fluido que atravessa a
seção de uma tubulação por unidade de tempo. É representada pela letra Qm e
expressa pela seguinte equação:
tempo t 
massam :Onde
t
m
Qm



Unidades de Vazão Mássica
As unidades de vazão mássica mais utilizadas são: kg/s, kg/h, Ton/h e Lb/h.
96
UNIDADES DE VAZÃO
Relação entre unidades
A relação entre as unidades de medição de vazão volumétrica e mássica pode
ser obtida pela seguinte expressão:
Vazão Gravitacional
É a quantidade em peso que passa por uma certa seção por unidade de
tempo. É representada por Q.g e expressa pela seguinte equação:
específica massaρ :Onde
ρ.QvQm


peso W:Onde
t
W
Q.g


97
UNIDADES DE VAZÃO
Unidade Gravitacional
As unidades de vazão gravitacional mais utilizadas são: kgf/h e lbf/h.
Conceitos Físicos Básicos para Medição de Vazão
Calor Específico
Define-se calor específico como o quociente da quantidade infinitesimal de
calor fornecido a uma unidade de massa de uma substância pela variação
infinitesimal de temperatura resultante deste aquecimento.
A quantidade de calor necessária para mudar a
temperatura de 1 grama de uma substância em 1°C.
98
UNIDADES DE VAZÃO
O conhecimento do calor específico de determinada substância é muito
importante para um bom controle da vazão.
Placa de orifício
Para exemplificar, podemos citar
o caso em que se deseja controlar a
vazão de um fluido no estado gasoso,
tendo uma placa de orifício como
elemento primário.
É necessário que se conheça a
relação “k” do calor específico do gás
a ser medido, para podermos calcular
o seu coeficiente de correção da
expansão térmica e, posteriormente,
dimensionar a placa de orifício.
99
UNIDADES DE VAZÃO
Esta relação do calor específico k é a relação do calor específico de um volume
constante Cv relativo ao calor específico da pressão constante do gás.
K = Cp/Cv
Onde: K = relação dos calores específicos
Cp = calor específico à pressão constante J/kg x k
Cv = calor específico a volume constante J/kg x k
100
VAZÃO
VISCOSIDADE
É definida como sendo a resistência ao escoamento de um fluido em um duto
qualquer.
Está resistência provocará uma perda de carga adicional que deverá ser
considerada na medição da vazão.
Quanto menor a viscosidade de um
óleo, maior será a sua capacidade de
escoar (fluir).
101
VAZÃO
Viscosidade Absoluta
Define-se como sendo o atrito interno num fluido, que se opõe ao movimento
relativo de suas moléculas e ao movimento de corpos sólidos que nele se
encontrem. É representada pela letra grega μ (mi).
Viscosidade Cinemática
É a relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica de um fluido,
tomados à mesma temperatura. É representado pela letra grega ν(ni).
102
VAZÃO
Tipos de Escoamento
Regime Laminar
Ocorre quando partículas de um fluido movem-se ao longo de trajetórias bem
definidas, apresentando lâminas ou camadas (daí o nome laminar) cada uma delas
preservando sua característica no meio. No escoamento laminar a viscosidade age
no fluido no sentido de amortecer a tendência de surgimento de turbulência. Este
escoamento ocorre geralmente a baixas velocidades e em fluidos que apresentam
grande viscosidade.
103
VAZÃO
Tipos de Escoamento
Regime Turbulento
Ocorre quando as partículas de um fluido não movem-se ao longo de
trajetórias bem definidas, ou seja as partículas descrevem trajetórias irregulares,
com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de
movimento entre regiões de massa líquida. Este escoamento é comum na água,
cuja a viscosidade e relativamente baixa.
104
VAZÃO
Número de Reynolds
O número de Reynolds (abreviado como Re) é um número adimensional usado
em mecânica dos fluídos para o cálculo do regime de escoamento de determinado
fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfície. É utilizado, por exemplo, em
projetos de tubulações industriais e asas de aviões. O seu nome vem de Osborne
Reynolds, um físico e engenheiro irlandês. O seu significado físico é um quociente
entre as forças de inércia e as forças de viscosidade.
105
VAZÃO
 tubulaçãoda diâmetroD
escoamento do velocidadev
fluido do dinâmica eviscosidad
fluido do específica massa
.v.D
Re 
Turbulento Escoamento-2400Re
Transição de Escoamento-2400Re2000
Laminar Escoamento2000Re












106
VAZÃO
Número de Reynolds
Exemplo de Escoamento Laminar e Turbulento em um ensaio de Túnel de Vento.
Laminar Turbulento
A importância fundamental do número de Reynolds é a possibilidade de se
avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o
escoamento flui de forma laminar ou turbulenta.
107
VAZÃO
Número de Reynolds
Exercício
Calcular o número de Reynolds e identificar se o escoamento é laminar ou
turbulento sabendo-se que em uma tubulação com diâmetro de 4cm escoa água
com uma velocidade de 0,05m/s.
Dados:
Viscosidade Dinâmica da água:
Massa Específica da Água:
Ns/m²1,0030x10μ -3
kg/m²1000ρ
Laminar Escoamento 1994Re
1,003.10
0,041000.0,05.
Re
.v.D
Re
3-





108
VAZÃO
Medidores Indiretos
Medição de vazão por perda de carga variável
Considerando-se uma tubulação com um fluido passante, chama-se perda de
carga dessa tubulação a queda de pressão sofrida pelo fluido ao atravessá-la. As
causas da perda de carga são: atrito entre o fluido e a parede interna do tubo,
mudança de pressão e velocidade por causa de uma curva ou um obstáculo etc.
109
VAZÃO
Os diversos medidores de perda de carga variável usam diferentes tipos de
obstáculos ao fluxo do líquido, provocando uma queda de pressão. Relacionando
essa perda de pressão com a vazão, determina-se a medição de vazão pela
seguinte equação:
nto.estreitame do jusante a e 
montante a fluxo, entre carga de perdap 
projeto de atemperaturTp 
medida atemperaturT1 
projeto de pressãoPp 
medida pressão P1 
constanteK 
ntoestreitame do local do fluido do vazãoQ :Onde
p*
T1
Tp
*
Pp
P1
*KQ 








110
VAZÃO
111
VAZÃO
Medição de Vazão através do Tubo de Pitot
É um dispositivo utilizado para medição de vazão através da velocidade
detectada em um determinado ponto de tubulação.
O tubo de Pitot é um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta
abertura colocada na direção da corrente fluida de um duto, mas em sentido
contrário. A diferença entre a pressão total e a pressão estática da linha nos
fornecerá a pressão dinâmica, que é proporcional ao quadrado da velocidade.
Pressão total
Pressão estática
Pressão dinâmica
112
VAZÃO
O tubo de Pitot mede apenas a velocidade do ponto de impacto e não a
velocidade média do fluxo. Assim sendo, a indicação da vazão não será correta se o
tubo de impacto não for colocado no ponto onde se encontra a velocidade média
do fluxo.
Pesquisadores, concluíram que o valor da velocidade média seria 0,8 da
velocidade máxima do duto.
Vídeo
Tubo de Pitot
113
VAZÃO
Annubar
O Annubar é um dispositivo de produção de pressão diferencial, que ocupa
todo o diâmetro do tubo. É projetado para medir a vazão total, de forma diferente
dos dispositivos tradicionais de pressão diferencial.
114
VAZÃO
Annubar
A barra sensora de pressão a jusante possui um orifício que está posicionado
no centro do fluxo de modo a medir a pressão do fluxo a jusante. A barra sensora
de pressão de montante possui vários orifícios, estes orifícios estão localizados
criteriosamente ao longo da barra, de tal forma que cada um detecta a pressão
total de um anel.
115
VAZÃO
Tubo de Venturi
A lei de Venturi, como é chamado o princípio, foi formulada em 1797, como
resultado das investigações de Giovanni Batista Venturi sobre problemas de
hidráulica. Tem ela o seguinteenunciado:
“Os fluidos sob pressão, na passagem através de tubos convergentes, ganham
velocidade e perdem pressão, ocorrendo o oposto em tubos divergentes.”
Cone Convergente Cone 
Divergente
116
VAZÃO
Tubo de Venturi
A velocidade do fluido aumenta enquanto passa pela seção menor, já que num
dado tempo a mesma quantidade do fluido passa pelo tubo, tanto na seção menor
como no trecho de diâmetro mais largo. Em fase da velocidade maior do fluido ao
passar através da seção estreita, ele possui mais energia cinética, e,
consequentemente, a pressão cai.
117
VAZÃO
Tubo de Venturi
O Tubo de Venturi é um elemento deprimogênio (sem mecanismos
intermediários) ou medidor de vazão de diferencial de pressão.
A diferença de pressão entre duas seções distintas do medidor é proporcional
à vazão que escoa por ele.
Medida de Alta Pressão
Cilindro de Entrada
Cone de Entrada
Aumenta progressivamente a velocidade 
do fluido
Cone de Saída
Garganta Cilíndrica
Tomada de Baixa 
Pressão
Diminui progressivamente a 
velocidade até ser igual a da 
entrada
118
VAZÃO
Tipos de Tubo de Venturi
• Clássico (longo e curto)
• Retangular
Tipo Clássico Longo
O difusor aumenta progressivamente até igualar-se ao diâmetro da tubulação
119
VAZÃO
Tipo Clássico Curto
O tipo curto tem o difusor truncado.
120
VAZÃO
Tipo Retangular
É utilizado em dutos de configuração retangular como os utilizados para ar em
caldeira a vapor.
121
VAZÃO
Vantagens e Desvantagens do Tubo de Venturi
VANTAGENS DESVANTAGENS
Podem ser usados para medir 
qualquer fluido.
Custo elevado (20 vezes mais caros 
que uma placa de orifício).
Boa precisão. Dimensões grandes e incômodas.
Resistência à abrasão e ao acúmulo de 
poeira ou sedimentos.
Dificuldade de troca, uma vez 
instalado.
Capacidade de medição de grandes 
escoamentos de líquidos em grandes 
tubulações.
Não há nenhum elemento mecânico 
imerso no escoamento.
122
VAZÃO
Tubo de Dall
Não utilizável para fluidos contendo sólidos, o qual sedimenta-se na garganta
ovalada e causa erosão no canto vivo.
A tomada de alta pressão do tubo de Dall, encontra-se localizada na entrada
da parte convergente do tubo.
A tomada de baixa pressão encontra-se localizada no final do cone
convergente, “gargalo”, início do cone divergente.
123
VAZÃO
Placas de Orifício
De todos os elementos primários inseridos em uma tubulação para gerar uma
pressão diferencial e assim efetuar medição de vazão, a placa de orifício é a mais
simples, de menor custo e, portanto, a mais empregada.
Consiste basicamente de uma chapa metálica,
perfurada de forma precisa e calculada, que é
instalada perpendicularmente ao eixo da
tubulação entre flanges. Sua espessura varia em
função do diâmetro da tubulação e da pressão da
linha, indo desde 1/16” a 1/4”.
124
VAZÃO
Placas de Orifício
Um arranjo comum da placa de orifício é mostrado na figura abaixo:
A placa (com orifício de diâmetro D) provoca uma
redução da seção do fluxo e é montada entre dois
anéis que contêm furos para tomada de pressão
em cada lado. O conjunto é fixado entre flanges, o
que torna fácil sua instalação e manutenção.
A medição da diferença de pressão p1 − p2 pode
ser feita por algo simples como um manômetro U
e uma tabela ou uma fórmula pode ser usada para
calcular a vazão. Ou pode ser coisa mais
sofisticada como transdutores elétricos e o sinal
processado por circuitos analógicos ou digitais
para indicação dos valores de vazão.
125
VAZÃO
Vantagens e Desvantagens das Placas de Orifício
VANTAGENS DESVANTAGENS
Simplicidade. Provoca considerável perda de carga no fluxo.
Custo relativamente baixo. Faixa de medição restrita.
Ausência de partes móveis. Desgaste da placa.
Pouca manutenção.
Aplicação para muitos tipos de fluidos.
126
VAZÃO
Medidores Indiretos
Medição de Vazão por Área Variável
Rotâmetros
Segue o princípio de “área variável”, onde o flutuador é suspenso pelo fluido a
uma altura correspondente à vazão. A leitura é feita, em uma unidade de volume
ou massa por tempo, diretamente sobre a escala gravada em baixo relevo no cone
de medição. A aresta superior do flutuador corresponde a linha de referência para
a leitura.
127
VAZÃO
Rotâmetros
Basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes:
•Um tubo de vidro de formato cônico, colocado verticalmente na tubulação em
que passará o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico
ficará voltada para cima.
• No interior do tubo cônico, teremos um flutuador que se moverá verticalmente
em função da vazão medida.
128
VAZÃO
Rotâmetros
Quando não há vazão, o flutuador permanece na base do
tubo.
Conexão de Entrada
Conexão de Saída
Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o
empuxo torna o flutuador mais leve. Porém como o
flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o
empuxo não é suficiente para levantar o flutuador.
Com a vazão surge também uma força de atrito entre o
fluido e o flutuador, que tende a levá-lo para cima. A esta
força chamamos de força de arraste. Quando a vazão
atinge um valor que faça a força de arraste ser maior que a
força peso do flutuador, este começará a subir.
129
VAZÃO
Instalação - Rotâmetros
Os rotâmetros são montados verticalmente na tubulação
do fluido cuja vazão se deseja medir, de maneira tal que o
fluido seja dirigido de baixo para cima.
Na tubulação o rotâmetro pode ser instalado numa linha
de by-pass, e um sistema de válvulas é utilizado de tal
forma que garanta o funcionamento do processo mesmo
que o rotâmetro tenha que ser retirado para limpeza ou
manutenção.
130
VAZÃO
Exercícios
1 – Qual a vazão da água (em litros por segundos) circulando através de um tubo
de 32mm de diâmetro, considerando a velocidade da água como sendo 4m/s?
l/s 3,2 1000 x 0,0032m³/s 
0,000803 x 4V.AVazão
: tubodo vazãoa determinar podemos Agora,
0,000803m
4
2)3,14x(0,03
4
π(D)
A
: tubodo ltransversa
 seção da área a calculamos nte,Primeirame
2
22



131
VAZÃO
Exercícios
2- Qual a velocidade da água que escoa em um duto de 25mm de diâmetro se a
vazão é de 2 litros/s?
m/s08,4
m²00049,0
0,002m³/s
A
Vazão
V
V.AVazão
0,002m³/s
1000
litros/s 2
m00049,0
4
5m)3,14x(0,02
A 2
2




132
VARIÁVEL 
TEMPERATURA
133
TEMPERATURA
Temperatura é sem dúvida a variável mais importante nos processos
industriais, e sua medição e controle, embora difíceis, são vitais para a qualidade
do produto e a segurança não só das máquinas como também do homem.
Qualquer que seja o tipo de processo, a temperatura afeta diretamente o seu
comportamento, provocando por exemplo:
ritmo maior ou menor na produção.
mudança na qualidade do produto.
aumento ou diminuição na segurança do equipamento e/ou pessoal.
maior ou menor consumo de energia.
maior ou menor custo de produção.
134
TEMPERATURA
A temperatura é uma propriedade da matéria que está relacionada com o
movimento dos átomos de uma substância. Normalmente esses átomos possuem
uma determinada energia cinética que se traduz nas formas de vibrações ou
deslocamento para os líquidos e gases.
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. Esta
condição pode ser descrita como um potencial térmico ou como uma energia
efetiva da substância (energia cinética).
135
TEMPERATURA
Logo, conceitualmente a temperatura pode ser definida como:
“A propriedade da matéria que reflete a média de energia cinética
de um corpo.”
Na prática, a temperatura é representada em uma escala numérica na qual
quanto maior o seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo
em questão.
136
TEMPERATURA
Desde o início da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes de
termômetro sentiam dificuldades para atribuir valores de forma padronizada à
temperatura por meio de escalas reproduzíveis. Muitas escalas baseadas em
pontos diferentes foram desenvolvidas ao longo do tempo.
Dentre elas, as mais importantesforam a Fahrenheit, a Celsius e a Kelvin.
137
TEMPERATURA
Escala Celsius
Definida como sendo o intervalo de temperatura unitário igual a 1 Kelvin,
numa escala de temperatura em que o ponto 0 (zero) coincida com 273,15K.
A identificação de uma temperatura na escala Celsius é feita com o símbolo
“°C” colocado após o número. Exemplo: 245,36°C.
Valor 0 Ponto de fusão do gelo. 
Valor 100 Ponto de ebulição da água.
Condição de pressão = 1atm.
138
TEMPERATURA
Escala Celsius
A escala Celsius é uma escala relativa obtida pela escala Kelvin, sendo esta
relação definida pela equação:
°C = K – 273,15
Escala Fahrenheit
A identificação de uma temperatura na escala Fahrenheit é feita com o
símbolo “°F” colocado após o número. Exemplo: 23,40°F.
Valor 32 Ponto de fusão do gelo. 
Valor 212 Ponto de ebulição da água.
139
TEMPERATURA
Escala Kelvin (Temperatura Termodinâmica)
A escala Celsius é uma escala relativa obtida pela escala Kelvin, sendo esta
relação definida pela equação:
William Thomson
(Lorde Kelvin)
“Se a temperatura mede a agitação das moléculas, então a
menor temperatura possível aconteceria quando as
moléculas estivessem em repouso absoluto.
Zero absoluto
Baseado no conceito de temperatura, ele criou a Escala
Absoluta, conhecida como Escala Kelvin.
140
TEMPERATURA
Escala Kelvin (Temperatura Termodinâmica)
Na Escala Absoluta não usamos grau, pois é uma escala definida e calculada
experimentalmente, com “compromisso com a realidade física”.
Esta escala possui a mesma divisão da escala Celsius, isto é, um (1) grau Kelvin
corresponde a um (1) grau Celsius, porém seu zero inicia no ponto de temperatura
mais baixo possível, 273,15 graus abaixo de zero da escala Celsius.
A representação é feita com o símbolo “K” colocado após o número.
141
TEMPERATURA
Conversão entre as escalas de temperatura
Colocando em um mesmo ambiente três termômetros (um Celsius, um
Fahrenheit e um Kelvin), as diferentes leituras representam, em escalas diversas
uma mesma temperatura. A equação a seguir nos permite relacionar a leitura de
uma escala para outra, de uma mesma temperatura.
5
273-K
9
32-F
5
C

142
TEMPERATURA
Medidores de Temperatura
A temperatura não pode ser determinada diretamente, mas deve ser deduzida
a partir de seus efeitos elétricos ou físicos produzidos sobre uma substância, cujas
características são conhecidas. Os medidores de temperatura são construídos
baseados nesses efeitos.
Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos,
conforme a tabela a seguir.
143
TEMPERATURA
1° grupo (contato direto) 2° grupo (contato indireto)
• Termômetro à dilatação
1. de líquido
2. de sólido
• Termômetro à pressão
1. de líquido
2. de gás
3. de vapor
• Termômetro a par termoelétrico
• Termômetro à resistência elétrica
• Pirômetro óptico
• Pirômetro fotoelétrico
• Pirômetro de radiação
144
TEMPERATURA
Medidores de Temperatura
O 1º grupo abrange os medidores nos quais o elemento sensível está em
contato direto com o material cuja temperatura se deseja medir. Já no 2º grupo
estão os medidores nos quais o elemento sensível não está em contato direto com
o material cuja temperatura se deseja medir.
A aplicação dos diversos tipos apresentados depende, em cada caso, de fatores
técnicos e econômicos. Observando a tabela a seguir, podemos fazer algumas
comparações no aspecto técnico entre o tipo indireto e direto.
145
TEMPERATURA
DIRETO INDIRETO
Condição necessária 
para medir com 
precisão.
1. Estar em contato com o objeto a ser 
medido.
2. Praticamente não mudar a temperatura 
do objeto em razão ao contato do detector.
A radiação do objeto medido 
tem que chegar até o detector.
Característica 1. É difícil medir a temperatura de um 
objeto pequeno, porque este tem 
tendência de mudança de temperatura 
quando em contato com um objeto cuja 
temperatura é diferente.
2. É difícil medir o objeto que está em 
movimento.
1. Não muda a temperatura do 
objeto porque o detector não 
está em contato direto com o 
mesmo.
2. Pode medir o objeto que está 
em movimento.
3. Geralmente mede a 
temperatura da superfície.
4. Depende da emissividade.
Faixa de Temperatura É indicado para medir temperaturas 
menores que 1600°C.
É adequado para medir 
temperaturas elevadas.
Precisão Geralmente +- 1% da faixa. Geralmente 3 a 10°C.
Tempo de Resposta Geralmente grande (> 5 min). Geralmente pequeno (0,3 ~3s)
146
TEMPERATURA
Medidores de contato direto
Termômetro de dilatação de líquido
Baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura,
dentro de um recipiente fechado. A equação que rege esta relação é:
t0-tt 
líquido do expansão de ecoeficient32,1, 
C em t ra temperatuà líquido do VolumeVt 
referência de ra temperatuà líquido do volumeV0 
C)0 te(normalmen C em líquido do referência de atemperatur t0 
C em líquido do atemperatur t:Onde
]t)(3t)2(t)1(V0[1Vt 32









147
TEMPERATURA
Medidores de Temperatura
Teoricamente, por causa dos termos de segunda e terceira ordem, esta relação
não é linear. Porém, estes termos são desprezíveis. Assim na prática, consideramos
esta relação como linear e utilizamos a equação a seguir.
t)βV0(1Vt 
148
TEMPERATURA
Termômetro de Vidro
Construção
Consta de um bulbo de vidro ligado a um tubo capilar, também de vidro, de
seção uniforme e fechada na parte superior. O bulbo e parte do capilar são
preenchidos por um líquido, sendo que na parte superior do capilar existe uma
câmara de expansão para proteger o termômetro no caso de a temperatura
exceder o seu limite máximo. Sua escala é linear e normalmente fixada no tubo
capilar no invólucro metálico.
149
TEMPERATURA
Termômetro de Vidro
Construção
Nos termômetros industriais, o bulbo de vidro é protegido por um poço
metálico e o tubo capilar, pelo invólucro metálico.
150
TEMPERATURA
Termômetro de Vidro
Tipos de Líquidos Utilizados
Diversos líquidos, tais como mercúrio, tolueno, álcool etílico, pentano, etc.,
são utilizados na fabricação de termômetro de vidro.
Normalmente emprega-se o mercúrio ou álcool etílico como líquido
termométrico, sendo que o mercúrio é o mais utilizado.
151
TEMPERATURA
Termômetro de Vidro
Tipos de Líquidos Utilizados
A tabela a seguir apresenta a faixa de utilização dos principais líquidos
termométricos.
Líquido Ponto de Solidificação 
(°C)
Ponto de Ebulição 
(°C)
Faixa de Utilização 
(°C)
Mercúrio -39 357 -38 a 550
Álcool etílico -115 78 -100 a 70
Tolueno -92 110 -80 a 100
Obs: Para o caso do mercúrio, cuja faixa normal é de -38°C a 350°C, pode-se elevar este limite
até 550°C mediante emprego de vidro adequado e injeção de um gás inerte sob pressão, pois
isso faz com que se evite a vaporização do mercúrio.
152
TEMPERATURA
Termômetro de Vidro
Utilização dos Termômetros de Vidro
Medidor barato
Utilizado na indicação de temperatura de pequena flutuação.
Para processos em que a leitura da temperatura no próprio local não 
apresenta problemas.
Assim como em casos onde a precisão abaixo de +-1% e resposta 
rápida não se fizerem necessárias.
153
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
Construção
Este termômetro consta de um bulbo de metal ligado a um capilar metálico e
um elemento sensor. Neste caso, o líquido preenche todo o instrumento, e com
uma variação da temperatura se dilata deformando elasticamente o elemento
sensor.
A este elemento sensor é acoplado um ponteiro que pode girar livremente
sobre uma escala graduada. Como a relação entre a deformação do elemento
sensor e a temperatura é proporcional, este instrumento nos fornece uma leitura
linear.
154
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
155
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
Tipos de Elemento Sensor
Basicamente, três tipos de elemento sensor podem ser utilizadospara
medição de temperatura neste tipo de instrumento.
156
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
Sistema de Compensação de Temperatura Ambiente
Pelo fato deste sistema utilizar líquido inserido num recipiente e da distância
entre o elemento sensor e o bulbo ser considerável, as variações na temperatura
ambiente afetam não somente o líquido no bulbo, mas todo o sistema (bulbo,
capilar e sensor), causando erro de indicação ou registro.
Este efeito da temperatura ambiente é compensado de duas maneiras, que
são denominadas classes IA e classe IB.
157
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
Sistema de Compensação de Temperatura Ambiente
Na classe IB a compensação é feita somente na caixa do sensor, por meio de
uma lâmina bimetálica ou um espiral de compensação.
Classe IB
158
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
Utilização de Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
É ainda utilizado em algumas indústrias para indicação e registro, pois permite
leituras remotas e por ser o mais preciso dos sistemas mecânicos de medição de
temperatura (sua precisão é de +-0,5%). Porém, não é muito recomendado para
controle, em virtude de seu tempo de resposta ser relativamente grande.
Classe IB
159
TEMPERATURA
Termômetro de Líquido com Capilar Metálico
Recomendações
1. Instalar o bulbo dentro de um poço protetor para permitir manutenção
com o processo em operação.
2. Sempre que for instalado dentro de um poço protetor, preencher o espaço
entre o bulbo e o poço para reduzir o atraso na resposta. Para tal, podemos
usar mercúrio, óleo, grafite, glicerina, etc.
3. Não dobrar o capilar com curvatura acentuada para que não se formem
restrições que prejudicariam o movimento do líquido no seu interior,
causando falha no funcionamento do termômetro.
4. O comprimento máximo do capilar deste sistema deve ser de 60 metros para
os líquidos orgânicos e de 15 metros para enchimento com mercúrio.
Classe IB
160
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
Princípio de Funcionamento
O termômetro bimetálico baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos
metais com a temperatura. A equação básica que rege esta relação é:
Classe IB
t0-tt 
linear dilatação de ecoeficient 
C em t ra temperatuà metal do ocomprimentLt 
referência de ra temperatuà metal do ocomprimentL0 
C)0 te(normalmen C em metal do referência de atemperatur t0 
C em metal do atemperatur t:Onde
t)L0(1Lt 









161
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
Construção
Baseado no fato de que os dois metais diferentes modificam as suas
dimensões de modo desigual ao variar a temperatura, o termômetro bimetálico
consiste em duas lâminas de metal justapostas, formando uma só peça e
geralmente na forma helicoidal. Uma extremidade da hélice é fixa e a outra é
ligada a um ponteiro que pode girar livremente sobre uma escala circular
graduada.
Classe IB
162
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
Tipos de Metais Utilizados
Para a construção de um termômetro bimetálico, normalmente usa-se o Invar
(64%Fe-36%Ni) como metal de baixo coeficiente de dilatação e o latão como
metal de alto coeficiente de dilatação. Porém, para temperaturas mais elevadas,
utiliza-se também o níquel como metal de alto coeficiente de dilatação térmica.
Utilização dos Termômetros Bimetálicos
Estes termômetros têm aplicação similar à dos termômetros de vidro porém,
por serem resistentes, admitem condições de trabalho mais pesados. São
utilizados para medir temperaturas na faixa de -50 ~ +500°C com precisão de +-
1%, em que respostas rápidas não são exigidas.
163
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
Tipos de Metais Utilizados
Para a construção de um termômetro bimetálico, normalmente usa-se o Invar
(64%Fe-36%Ni) como metal de baixo coeficiente de dilatação e o latão como
metal de alto coeficiente de dilatação. Porém, para temperaturas mais elevadas,
utiliza-se também o níquel como metal de alto coeficiente de dilatação térmica.
Utilização dos Termômetros Bimetálicos
Estes termômetros têm aplicação similar à dos termômetros de vidro porém,
por serem resistentes, admitem condições de trabalho mais pesados. São
utilizados para medir temperaturas na faixa de -50 ~ +500°C com precisão de +-
1%, em que respostas rápidas não são exigidas.
164
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
165
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
166
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
Recomendações na Instalação
1. Utilizar sempre poço protetor metálico para evitar corrosão, dar proteção
mecânica e permitir manutenção com o processo em operação.
2. Em baixa temperatura, a caixa do termômetro bimetálico deve ser
hermeticamente selada para evitar que a penetração da umidade venha a
formar gelo, prejudicando os componentes internos do instrumento.
3. Para evitar erros em razão da temperatura ambiente, o bimetálico deve estar
completamente imerso no fluido.
4. A velocidade do fluido deve ser bastante alta, a fim de assegurar uma rápida
transferência de calor.
167
TEMPERATURA
Termômetro à Dilatação de Sólido (Termômetro Bimetálico)
168
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Princípio de Funcionamento
Lei de Charles e Gay-Lussac
“A pressão de um gás é proporcional à
temperatura, se mantivesse constante o
volume do gás”.
gás do absoluta ra temperatuT ; ... ;T;T 
gás do absoluta pressão P ; ... ;P;P :Onde
T
P
...
T
P
T
P
 
n 21
n21
n
n
2
2
1
1



169
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Experimentalmente
Manteremos o volume constante e analisaremos os resultados desse
procedimento.
Considere o recipiente de tampa móvel. Travaremos a tampa, pois assim
deixaremos o volume do gás constante. Após isso iniciaremos o aquecimento.
Ao sofrer esse aquecimento, o gás irá tentar se expandir, mas isso é algo que
não ocorre pois a tampa está travada. O resultado será o aumento da pressão do
gás sobre as paredes do recipiente.
170
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Lei de Charles e Gay-Lussac
Transformação Isotérmica
(volume constante)
Pressão e Temperatura são 
grandezas diretamente 
proporcionais.
2
2
1
1
T
P
T
P
K
T
P
 :. KTP


171
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Construção
Sua construção é praticamente idêntica à dos termômetros de líquido com
capilares metálicos, porém o bulbo é geralmente grande, a fim de obter maior
força.
172
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Construção
Sua construção é praticamente idêntica à dos termômetros de líquido com
capilares metálicos, porém o bulbo é geralmente grande, a fim de obter maior
força.
Tipos de metais utilizados na construção de termômetros de gás
a - Bulbo e Capilar: aço, aço inoxidável, cobre, latão e monel.
b - Elemento de medição: cobre-berílio, bronze fosforoso, aço e aço inoxidável.
173
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Tipos de gás de enchimento
Como gás de enchimento utilizam-se normalmente nitrogênio, hélio, neônio
ou dióxido de carbono (CO2). Porém, por ser inerte e mais barato, o nitrogênio é o
gás mais utilizado.
Líquido Temperatura
Crítica (°C)
Faixa de
Utilização (°C)
Nitrogênio (N2) -147,1 -130 a 550
Hélio -267,8 -260 a 550
Dióxido de Carbono 31,1 30 a 550
O limite inferior é determinado pela temperatura crítica do gás, e o limite superior pelo tipo de
capilar.
174
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Tipos de elemento sensor
Este sistema utiliza os mesmos tipos de sensores que o termômetro de líquido
com capilar metálico, ou seja, tipo bourdon, espiral ou helicoidal.
Sistema de compensação da temperatura
Por causa do grande volume do bulbo, a relação entre o seu volume e o do
capilar éconsiderável, sendo então as variações de pressão com a temperatura
desprezíveis.
Por isso não é necessário efetuarmos a compensação total. Porém, a
compensação na caixa às vezes se faz necessária; quando isto ocorre, é feita por
um bimetal fixado na espiral, e o instrumento é denominado classe III.
175
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Utilização de termômetro à pressão de gás
É ainda utilizado em algumas indústrias para indicação, registro e controle,
pois permite leituras remotas e por apresentar um tempo de resposta pequeno. É
o sistema mecânico de medição de temperatura que apresenta resposta mais
rápida.
Compensação classe III
176
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
Recomendações
1. Instalar o bulbo dentro de poço protetor para permitir manutenção com o
processo em operação.
2. Não dobrar o capilar com curvatura acentuada para que não se formem
restrições que prejudicariam o movimento do gás no seu interior, causando
falha no funcionamento do termômetro.
3. Instalar o bulo de modo que o comprimento máximo do capilar seja até 30m.
4. Quando usar poço protetor, preencher o espaço entre o bulbo e o poço com
glicerina, óleo, etc., para reduzir o atraso na resposta.
177
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Gás
178
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Vapor
Dalton
Lei de Dalton
“A pressão de um vapor saturado depende única e
exclusivamente de sua temperatura e não da sua
mudança de volume”.
Para qualquer variação de temperatura haverá
uma variação na tensão do vapor do gás liquefeito
colocado no bulbo do termômetro e, em
consequência disto, uma variação na pressão
dentro do capilar.
179
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Vapor
A temperatura é determinada na
superfície livre, entre o líquido e o vapor.
Como a condição única necessária é a
existente da interface entre a fase
líquida e a fase gasosa dentro do bulbo,
quando em funcionamento, é
importante dosar o volume certo do gás
liquefeito.
Como o aumento da tensão do vapor
para determinar a variação de
temperatura não é igual ao longo de
toda a faixa, a escala de temperatura
não é linear.
180
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Vapor
Construção
Sua construção é fisicamente idêntica à dos termômetros à pressão de gás,
porém o bulbo é relativamente pequeno.
Tipos de metais utilizados na construção do termômetro de vapor
1. Bulbo e capilar: aço inoxidável, aço, cobre e latão.
2. Elemento de medição: cobre-berílico, bronze fosforoso e aço inoxidável.
181
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Vapor
Construção
Sua construção é fisicamente idêntica à dos termômetros à pressão de gás,
porém o bulbo é relativamente pequeno.
Tipos de metais utilizados na construção do termômetro de vapor
1. Bulbo e capilar: aço inoxidável, aço, cobre e latão.
2. Elemento de medição: cobre-berílico, bronze fosforoso e aço inoxidável.
Tipos de líquidos de enchimento
Como líquido de enchimento utilizam-se líquidos voláteis, tais como cloreto de
metila, éter, propano, butano, tolueno e dióxido de enxofre.
182
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Vapor
Líquido Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C)
Cloreto de Metila -139 -24
Butano -135 -0,5
Éter etílico -119 34
Tolueno -95 110
Dióxido de enxofre -73 -10
Propano -190 -42
Líquidos mais utilizados e seus respectivos pontos de fusão e ebulição.
183
TEMPERATURA
Termômetro à Pressão de Vapor
Utilização
É provavelmente o mais largamente utilizado dos termômetros à pressão, por 
ser mais barato e mais simples de manter, além de permitir leituras remotas com 
um tempo de resposta relativamente rápido, porém com uma precisão na ordem 
de 1%.
184
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo bulbo de resistência ou termoresistência
Um dos métodos elementares para medição de temperatura envolve
mudança no valor da resistência elétrica de certos metais com a temperatura.
São chamados de bulbo de
resistência
E por suas condições de alta
estabilidade e repetibilidade, baixa
contaminação, menor influência
de ruídos e altíssima precisão são
muito usados nos processos
industriais.
185
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo bulbo de resistência ou termoresistência
Princípio de Funcionamento
As termorresistências ou bulbos de resistência ou termômetros de resistência
ou RTD são sensores que se baseiam no princípio da variação da resistência ôhmica
em função da temperatura. Elas aumentam a resistência com o aumento da
temperatura.
186
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo bulbo de resistência ou termoresistência
Termorresistência de Platina
Os sensores de platina, por causa de suas características, permitem um
funcionamento até temperaturas bem mais elevadas e têm seu encapsulamento
normalmente em cerâmica ou vidro. A este sensor são dispensados maiores
cuidados de fabricação, porque apesar da Pt não restringir o limite de temperatura
de utilização, quando a mesma é utilizada em temperaturas elevadas, existe o risco
de contaminação dos fios.
187
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
A termorresistência de platina é a mais usada industrialmente por causa da
sua grande estabilidade e precisão. Esta termorresistência tem sua curva
padronizada conforme norma DIN-IEC 751/1985 e possui como características uma
resistência de 100Ω a 0°C.
Convencionou-se chamá-la de PT100 (fios de platina com 100Ω a 0°C).
188
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
Sua faixa de trabalho vai de -200°C a 650°C, porém a ITS-90 padronizou seu uso
até 962°C, aproximadamente.
189
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
Utilização
Sua utilização normalmente são em processos que necessitam de precisão,
como por exemplo: indústrias alimentícias, petroquímicas, cervejaria, laboratórios,
etc.
Rosca
Cabeçote Visualizando externamente, não
podemos dizer se é um PT100 ou
um Termopar. É necessário abrir a
tampa do PT100.
PT100 – Normalmente tem 3 ou 6
fios.
Termopar – Tem 2 fios.
190
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
3 fios Cabo de PVC
Encapsulada em inox
191
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
Construção Física
O fio de platina ou níquel é enrolado na forma helicoidal e encapsulado
hermeticamente em um bulbo de cerâmica ou vidro.
Geralmente usados em laboratório, onde se
deseja um tempo de resposta baixo.
Bulbo de vidro
Mais recomendados para aplicações industriais,
pois tem uma maior resistência mecânica e são
economicamente mais viáveis. Sua corrente pode
variar de 1 a 2 mA
Bulbo de cerâmica
192
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
Autoaquecimento
É causado pela corrente que passa pela resistência, oriundo do instrumento
de leitura. Por efeito Joule, há a geração de calor, quando uma corrente elétrica
atravessa uma resistência.
Para uma medição de temperatura com termorresistências, este aquecimento
pode levar a erros que comprometem esta medição; então este aquecimento tem
que ser limitado a pequenos valores para que possa ser desprezado. Para isto
deve-se limitar a corrente de excitação do sensor.
)R.I(P 2
193
TEMPERATURA
Bulbo de Resistência tipo PT100
Valores típicos recomendados são da ordem de 
1mA a 2mA.
Norma DIN-IEC 751/1985
Potência máxima desenvolvida numa 
termoressistência não pode ser maior que 0,1mW. 
O que na faixa de atuação do sensor dá uma 
corrente máxima de 3 mA.
194
TEMPERATURA
Vantagens e Desvantagens de Termorresistência em relação ao Termopar
Vantagens Desvantagens
Possui maior precisão dentro da faixa de utilização
do que os outros tipos de sensores.
Necessário que todo o corpo do bulbo esteja com
a temperatura estabilizada, para a correta
indicação.
Melhor estabilidade e repetibilidade. Mais frágil mecanicamente.
Com ligação adequada, não existe limitação para
distância de operação.
Range de temperatura menor do que os
termopares.
Dispensa o uso de fios e cabos de extensão e
compensação para ligação, sendo necessários
somente fios de cobre comuns.
Deteriora-se com mais facilidade, caso se
ultrapasse a temperatura máxima de utilização.
Adequadamente protegido(poços e tubos de
proteção), permite a utilização em qualquer
ambiente.
Possui um tempo de resposta mais alto que os
termopares.
Curva de Resistência x Temperatura mais linear. Autoaquecimento, exigindo instrumentaçãosofisticada.
Menos influenciada por ruídos elétricos. Mais cara do que os sensores utilizados nestamesma faixa.
195
TEMPERATURA
Gráfico Comparativo entre Termopar e Termorresistência com relação à precisão
196
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo Termopar
Duas partes de metais diferentes, fundidas juntas
nas extremidades.
Quando aquecidas, os metais aquecem a diferentes
velocidades.
É criada uma diferença de potencial entre os dois
metais.
É colocado num tubo sujeito a vácuo com uma
janela transparente (não usar vidro ou quartzo).
A radiação atinge e “aquece” um dos metais; pode-
se usar mais do que um termopar para aumentar a
sensibilidade.
197
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo Termopar
Efeitos Termoelétricos
Quando dois metais são unidos em suas extremidades, e estas mantidas a
diferentes temperaturas, três fenômenos ocorrem simultaneamente:
Efeito Seebeck
Efeito Peltier
Efeito Thomson
198
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo Termopar
Efeito Seebeck
Thomas Johann Seebeck
Consiste em obter uma diferença de
potencial quando se submete duas
junções de fios de metais diferentes a
temperaturas distintas. O valor da
diferença de potencial depende da
natureza dos metais e da temperatura a
que as junções são submetidas.
199
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo Termopar
Efeito Seebeck (na prática)
Para constatar o efeito Seebeck você
precisa de fios de cobre e ferro, um
recipiente com gelo, uma vela e um
galvanômetro. Estando inicialmente as
junções à mesma temperatura, o
galvanômetro não indica passagem de
corrente elétrica. Colocando-se uma das
junções em contato com gelo e a outra em
contato com a chama da vela, observa-se
que pelo circuito circula uma corrente
elétrica. Temos, assim, um gerador
termoelétrico. Ele transforma energia
térmica em energia elétrica.
200
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo Termopar
Efeito Peltier
É o efeito inverso do efeito Seebeck, ou seja, é a geração de diferença de
temperatura a partir da eletricidade.
Quando um circuito contendo duas junções, inicialmente à mesma
temperatura, é percorrido por um corrente, em decorrência da conexão de
uma fonte externa, ocorre o aquecimento de uma junção e o resfriamento da
outra.
201
TEMPERATURA
Sensores de temperatura tipo Termopar
Efeito Peltier (na prática)
Quando a corrente elétrica contínua
passa através do módulo termoelétrico,
entre os lados do mesmo forma-se a
diferença de temperatura, esfriando-se um
lado e aquecendo-se o outro. Se do lado
quente do módulo termoelétrico assegura-
se o desvio eficiente do calor por meio do
radiador, no lado frio pode ser obtida a
temperatura de dezenas de graus inferior à
temperatura ambiente. Os módulos
termoelétricos são de diferentes variantes
de desenho segundo a forma, altura,
presença da metalização nas superfícies de
trabalho, tipos de impermeabilização etc.
202
TEMPERATURA
Construção dos Termopares
Termopar Convencional (Nu)
Tipo mais simples de Termopar, consiste em unir dois fios
de diferentes naturezas por uma das extremidades.
Normalmente o Termopar tipo nu não é utilizado nessas
condições; então usa-se um termopar com tubo isolante,
geralmente de cerâmica.
203
TEMPERATURA
Construção de Termopares (continuação)
Como os termopares com isolantes térmicos têm facilidade para danificar-
se, por causa da sua fragilidade e da pouca proteção contra a atmosfera,
costuma-se utilizá-los em raras condições.
O termopar com isolante
térmico é introduzido dentro de
um poço protetor, e neste estado
é utilizado em larga escala.
Poço Termométrico
204
TEMPERATURA
Termopar
Cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho,
que deve ser respeitada, para que se tenha a maior vida útil do mesmo.
Podemos dividir os termopares em dois grupos, a saber:
1. Termopares Básicos
2. Termopares Nobres São assim chamados os termopares
de maior uso industrial, em que os fios
são de custo relativamente baixo e sua
aplicação admite um limite de erro
maior.
São aqueles que os pares são
constituídos de platina. Apresentam
uma altíssima precisão, dada a
homogeneidade e pureza dos fios
termopares.
205
TEMPERATURA
Termopar
 Termopares Básicos
Tipo “T”
Tipo “J”
Tipo “E”
Tipo “K”
Termopares Nobres
Tipo “S”
Tipo “R”
Tipo “B”
206
TEMPERATURA
Termopar
TIPO T
Nomenclaturas: T - Adotado pela Norma ANSI
CC - Adotado pela Norma JIS
Cu - Co
Cobre - Constantan
Liga: (+) Cobre - (99,9 %)
(- ) Constantan - São as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu (50 %) e
Cu (65 %) Ni ( 35 % ).
A composição mais utilizada para este tipo de termopar é de Cu (58 %) e Ni (42 %).
Características:
Faixa de utilização: - 184 a 370°C
f.e.m. produzida: - 5,333 a 19,027 mV
Aplicações: Criometria ( baixas temperaturas ), Indústrias de refrigeração, Pesquisas
agronômicas e ambientais, Química e Petroquímica.
207
TEMPERATURA
Termopar
TIPO J
Nomenclaturas: J - Adotada pela Norma ANSI
IC - Adotada pela Norma JIS
Fe-Co
Ferro - Constantan
Liga: (+) Ferro - (99,5 %)
(-) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ), normalmente se produz o ferro a partir
de sua característica casa-se o constantan adequado.
Características:
Faixa de utilização: 0 a 760°C
f.e.m. produzida: 0 a 49,922 mV
Aplicações: Centrais de energia, Metalúrgica, Química, Petroquímica, indústrias em
geral.
208
TEMPERATURA
Termopar
TIPO E 
Nomenclatura: E - Adotada pela Norma ANSI 
CE - Adotada pela Norma JIS 
NiCr-Co 
Liga: (+) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % ) 
(-) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ) 
Características: 
Faixa de utilização: 0 a 870 °C 
f.e.m. produzida: 0 a 66,473 mV
Aplicações: Química e Petroquímica
209
TEMPERATURA
Termopar
TIPO K
Nomenclaturas: K - Adotada pela Norma ANSI
CA - Adotada pela Norma JIS
Liga: (+) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % )
(-) Alumel - Ni( 95,4 % ), Mn( 1,8 % ), Si( 1,6 % ), Al( 1,2 % )
Características:
Faixa de utilização: 0 a 1260°C
f.e.m. produzida: 0 a 50,99 mV
Aplicações: Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, Vidros,
Cerâmica, Indústrias em geral.
210
TEMPERATURA
Termopar
TIPO S
Nomenclaturas: S - Adotada pela Norma ANSI
Pt Rh 10 % - Pt
Liga: (+) Platina Rhodio 10 %
(-) Platina 100 %
Características:
Faixa de utilização: 0 a 1480 °C
f.e.m. produzida: 0 a 15,336 mV
Aplicações: Siderúrgica, Fundição, Metalúrgica, Usina de Cimento, Cerâmica, Vidro e 
Pesquisa Científica.
Observação: É utilizado em sensores descartáveis na faixa de 1200 a 1768 °C, para 
medição de metais líquidos em Siderúrgicas e Fundições.
211
TEMPERATURA
Termopar
TIPO R
Nomenclaturas: R - Adotada pela Norma ANSI
PtRh 13 % - Pt
Liga: (+) Platina 87 % Rhodio 13 %
(-) Platina 13 %
Características: Faixa de utilização: 870 a 1705 °C
f.e.m. produzida: 3,708 a 12,485 mV
Aplicações: As mesmas do tipo S.
TIPO B
Nomenclaturas: B - Adotada pela Norma ANSI
PtRh 30 % - PtRh 6 %
Liga: (+) Platina 70 % Rhodio 30 %
(-) Platina 94 % Rhodio 6 %
Características:
Faixa de utilização: 870 a 1705°C
f.e.m. produzida: 3,708 a 12,485 mV
Aplicações: Vidro, Siderúrgica, alta temperatura em geral.
212
TEMPERATURA
Termopar
Na prática, a determinação da temperatura da junta de medição (junta
quente) se dá através de diferentes métodos. Eles diferem entre si no modo
como se mantém a junta de referência a um valor constante, são eles:
Com temperatura a 0ºC.
Com aquecimento controlado por termostato e compensação do sinal
correspondente.
Com compensação eletrônica da junta de referência.
213
TEMPERATURA
Termopar – Com temperatura de referência a 0°C
A temperatura é mantida em 0°C através de um banho de gelo, sendo
que a leitura é feita utilizando a tabela relativa a cada termopar. O sinal lido no
milivoltímetro corresponde à diferença de temperatura entre junta quente e
junta