Slide sobre Medidores de Pressão

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INSTRUMENTAÇÃO
Pressão
Medidores de Pressão
Também chamados de manômetros, utilizam sensores diversificados em medidores com indicação local e em transmissores. 
O instrumento mais simples para se medir pressão é o manômetro, que pode ter vários elementos sensíveis. 
Manômetro de Coluna de Líquido
É basicamente um tubo de vidro contendo certa quantidade de líquido, fixado a uma base com uma escala graduada. Os líquidos mais utilizados são a água (normalmente com corante) e o mercúrio.
Quando se aplica uma pressão na coluna, o líquido é deslocado, sendo esse deslocamento proporcional à pressão aplica. 
As coluna podem ser de três tipos: Manômetro de coluna em forma de U, coluna vertical e coluna inclinada.
Manômetro de coluna em forma de U
É constituído por um tubo de material transparente recurvado no formato de “U” e fixado sobre uma escala.
O tubo é cheio até a metade por um líquido de densidade relativa conhecida (água, álcool ou mercúrio), denominado fluído manométrico.
A leitura é realizada medindo-se a diferença de nível do líquido nos dois ramos. 
Se P1 for igual P2, então ΔP=0 e o nível dos dois ramos da coluna será o mesmo.
Quando P1 for diferente de P2, então o nível nos dois ramos da coluna será diferente. Como o diâmetro dos ramos da coluna são iguais, o volume do líquido que sai de um ramo é igual ao volume de líquido que entra no outro ramo, de modo que a variação de nível num dos ramos da coluna é proporcional ao ΔP aplicado a coluna. 
Manômetro de coluna reta vertical
A utilização é idêntica à do tubo U, porém os ramos das colunas possuem diâmetros diferentes, onde o ramo maior é onde aplica-se a pressão e o ramo menor é quem recebe o deslocamento do líquido. A leitura é realizada no ramo de menor diâmetro em mmH20, mmHg, etc.
Manômetro de coluna reta inclinada
O princípio é idêntico ao da coluna reta vertical, sendo o tubo de menor diâmetro inclinado em certo ângulo, possibilitando um grande deslocamento do líquido no tubo para baixas pressões.
Elementos Elásticos
Baseiam-se na deformação de elementos elásticos na forma de tubo, membrana ou fole para converter a pressão medida em movimento ou força, produzindo indicação ou sinal de transmissão proporcional. Os elementos elásticos podem ser: Manômetro de Tubo Bourdon, Manômetro de Diafragma ou Manômetro de Fole.
Manômetro de tubo Bourdon
Quanto a forma, os manômetros de Bourdon podem ser de três tipos:
Tipo C
Em espiral
Helicoidal
Tubo Bourdon Tipo C
Consiste em um tubo metálico de paredes finas, achatado – para formar uma seção elíptica – e recurvado – para formar um segmento de círculo. Uma extremidade acha-se adaptada para a ligação com a fonte de pressão. A outra é selada e pode movimentar-se livremente. A pressão do tubo atua sobre a seção elíptica, forçando-a a assumir a forma circular, ao mesmo tempo em que o tubo recurvado tende a desenrolar. 
Por serem estes movimentos muito pequenos, são amplificados (por um dispositivo formado por uma coroa e um pinhão) o suficiente para girar o eixo de um ponteiro em redor da escala graduada e calibrada em unidades de pressão.
Manômetro Bourdon Espiral
Utiliza um tubo de bourdon achatado, formando uma espiral com diversas voltas. Com a pressão aplicada à extremidade aberta, a espiral tende a desenrolar, transmitindo um movimento grande à extremidade livre. Por meio de uma ligação simples, o movimento é transferido ao braço de um ponteiro, não havendo necessidade de coroa e de pinhão.
Manômetro de Bourdon Helicoidal
É similar ao tipo espiral, sendo que o tubo achatado do bourdon é enrolado em forma de hélice, com quatro a cinco a voltas completas. O bourdon helicoidal é usado para registradores de temperatura e pressão.
Fatores de Erro em Bourdon
São dois fatores de erro em bourdon:
Temperatura - As variações de temperatura ambiente também são responsáveis pela variação na deflexão do tubo de bourdon. A maioria dos materiais tem seu módulo de elasticidade diminuído com a temperatura. Existe, portanto, a possibilidade de, para uma mesma pressão, o bourdon apresentar diferentes deflexões pela simples variação de temperatura ambiente. A correção desde erro é feita através de um bimetálico acoplado ao mecanismo. 
Pressão Atmosférica – O bourdon pode apresentar erro com a mudança da pressão atmosférica, principalmente quando ocorrer variação da temperatura ambiente. 
Ajuste de Manômetros
Esse método procura descrever os procedimentos básicos para o ajuste de manômetros de tubo bourdon. É adequado para a maioria dos manômetros encontrados em ambiente industrial e até mesmo para outros tipos de instrumentos. No entanto, convém lembrar que os procedimentos para ajuste podem diferir de um fabricante para outro, sendo, então, de grande importância as informações obtidas em manuais, catálogos e com o fabricante do instrumento. É importante notar que o procedimento recomendado pelo fabricante pode ser totalmente diferente do procedimento descrito aqui. 
Procedimento
Basicamente, os manômetros possuem três ajustes:
 Ajuste de Zero – Faz com que a pressão correspondente a 0% do span da faixa de trabalho produza uma leitura de 0% do span da faixa medida.
Ajuste de Span – Serve para fazer com que uma pressão correspondente do span da faixa de trabalho produza uma leitura de 100% do span da faixa medida.
Ajuste de Linearidade (ou angularidade) - Faz com que o valor de pressão medido
entre 0% e 100% da faixa de trabalho corresponda ao valor real da pressão aplicada. 
A exatidão obtida no instrumento irá depender fundamentalmente da exatidão garantida pelo fabricante, das condições das peças do instrumento e do cuidado ao efetuar o ajuste.
Para ajuste do instrumento devem ser observados os passos relacionados a seguir:
 Aplicar o valor de pressão de 0% da faixa de trabalho e ajustar o zero do instrumento;
Aplicar o valor de 100% da faixa de trabalho e ajustar o Span;
Reajustar o Zero;
Reajustar o Span;
Refazer os passos 3 e 4 até que o zero e o span não saiam mais do ajuste;
Após o ajuste de zero e de span, verificar se os valores de 25%, 50% e 75% da faixa de trabalho estão ajustados. Se esses pontos estiverem com um desvio maior do que o recomendado pelo fabricante, fazer o ajuste de angularidade e repetir todos os passos anteriores.
Manômetro de Diafragma
É constituído por um disco de material elástico, fixado pela borda. Uma haste fixada ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação.
Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão. O diafragma, geralmente, é ondulado ou corrugado para aumentar a área efetiva. 
Tipos de Diafragma
Os diafragmas podem ser metálicos ou não metálicos:
Metálicos – São feitos de uma chapa metálica lisa ou enrugada ligada a um ponteiro por meio de uma haste. O movimento de deflexão do diafragma, causado pela pressão, posiciona um ponteiro indicador ao longo de uma escala de graduação constante. Os diafragmas são feitos de bronze fosforoso, cobre, berílio, latão, aço inoxidável e monel. 
Não metálicos – São fabricados em couro, teflon, neoprene e polietileno. São empregados para baixas pressões. Geralmente, uma mola opõe-se ao movimento do diafragma, cuja deflexão é diretamente proporcional à pressão aplicada.
Manômetro de Fole
São medidores robustos, aplicados em instalações que não possuem limitações de espaço. É muito empregado na medição de pressão. É basicamente, um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado. 
A fole é uma peça corrugada que pode expandir ou diminuir em função da força aplicada. Da mesma maneira que o Bourdon e o Diafragma, a variação de pressão deforma a fole que transmite esse movimento para um sistema mecânico de indicação.
Tipos de Fole
FOLES COM MOLA OPOSTA
 Os foles com mola oposta possuem um fole metálico e uma mola envolvida por uma câmara, também de metal, que é conectada à fonte de pressão. A pressão, agindo pelo lado de fora do fole maior, comprime-oe move a sua extremidade livre contra a oposição da mola. Uma haste ligada ao fole por meio de um disco transmite esse movimento ao braço de um ponteiro indicador.
FOLES OPOSTOS
Os foles opostos são usados para medir pressão absoluta. O instrumento possui duas sanfonas em oposição, em uma só unidade. Um dos foles, aquele que é utilizado como referência, está fechado e sob pressão de uma atmosfera (1atm). O outro está ligado à fonte de pressão.
Emprego dos Elementos Elásticos
Para assegurar um longo período de trabalho é necessário observar os itens relacionados a seguir:
 Não ultrapassar 2/3 do valor máximo (quando a pressão medida for constante);
 Não ultrapassar ½ do valor máximo (quando a pressão medida for variável);
 O instrumento deve ser equipado com válvula de bloqueio de três vias;
 Quando o elemento for submetido a pressões pulsantes, ele deve ser protegido por um amortecedor de pulsação. Esse amortecedor pode ser uma válvula agulha, servindo também como bloqueio (possibilitando a retirada do instrumento sem parar o processo);
 O elemento não deve ser submetido a uma temperatura que não permita o toque da mão sobre a caixa do medidor, evitando seu desgaste prematuro e dos demais componentes do medidor, e garantindo a confiabilidade da calibração feita à temperatura ambiente. Para resolver este problema é utilizado um tubo sifão entre o medidor e o processo.
 O elemento deve ser isolado de fluídos corrosivos, com sólidos em suspensão, ou com possibilidade de cristalização e solidificação. Para isolar o elemento desses tipos de processos é utilizado o selo.
 Quando o processo estiver sujeito à sobrecarga, deve-se proteger o elemento com um limitador de sobrecarga;
 Devem ser tomadas precauções especiais quando se trata de medição de petróleo e oxigênio. Para a indústria de petróleo, o tubo bourdon não deverá ser soldado com estanho. Para medidas com oxigênio, o elemento deve estar livre de óleo, graxas e outras gorduras, pois existe o risco de explosão. A calibração do instrumento pode ser feita com álcool, água ou óleo de silicone. É recomendável que seja gravado na escala do instrumento: petróleo e oxigênio.
Classificação de Manômetros (Pela Exatidão)
Máquina de Teste para Instrumento de Pressão
A máquina de teste para instrumento de pressão é um equipamento que serve para aplicar uma pressão conhecida no instrumento sob teste para sua aferição ou calibração. Constitui-se basicamente por uma câmara fechada, cheia de óleo, um êmbolo e um manômetro padrão. A pressão desenvolvida será transmitida integralmente para todas as partes do fluído, de acordo com o Princípio de Pascal. Assim, pode-se comparar um manômetro de teste com um padrão.
Movimentando o êmbolo no sentido de pressionar o líquido, este transmite a pressão para o instrumento que se quer testar e para o manômetro padrão. No momento em que a pressão do líquido deslocar o manômetro padrão, a pressão aplicada no instrumento sob teste é igual à indicada manômetro padrão.
Por comparação, verifica-se se há ou não necessidade de ajuste do manômetro em teste.
Válvula Reguladora de Pressão
É um acessório muito utilizado na instrumentação. Sua função é regular o ar de suprimento para uma pressão constante.
É usada em geral na alimentação de instrumentos pneumáticos e como geradora de pressão de referência para ajuste e calibração de instrumento em teste.
Pressostato
É um instrumento de medição de pressão utilizado como componente do sistema de proteção de equipamento ou processos industriais. Sua função básica é proteger a integridade do equipamento contra sobrepressão ou subpressão aplicada durante seu funcionamento. É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set point e uma chave de suas posições (aberta ou fechada).
Basicamente, o pressostato serve para emitir uma resposta elétrica ao ser acionado, podendo gerar uma ação automática do sistema ou um alerta para intervenção manual do operador.
Transmissores de Pressão
Basicamente, os instrumentos transmissores de pressão podem ser classificados como Pneumáticos ou Eletrônicos.
Os dois tipos de transmissores baseiam seu funcionamento no movimento/deformação que os elementos mecânicos elásticos (deformação de sólidos) sofrem quando submetidos a uma pressão/esforço. Esse movimento/deformação, que é proporcional à pressão aplicada, é convertido através de um transdutor. Por sua vez, o transdutor converte o sinal pneumático, que é enviado/transmitido para indicação e/ou controle a distância.
*Transdutor: É quem converte a informação sentida pelo sensor em um sinal detectável. (Transforma uma forma de energia em outra)
Transmissores Pneumáticos de Pressão
A maior vantagem em se utilizar os instrumentos pneumáticos está no fato de se poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão.
A desvantagem é que necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para suprimento e funcionamento, necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador, etc, para fornecer aos instrumentos ar seco e sem partículas sólidas. Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser enviado à longa distância, normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100m. Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados e não permite conexão direta aos computadores CLP’s.
Transmissores Eletrônicos de Pressão	
Os transmissores eletrônicos de pressão utilizam um elemento primário mecânico elástico, combinado com um transdutor elétrico, que gera um sinal elétrico padronizado correspondente à pressão medida.
O elemento primário mecânico elástico, que pode ser diafragma, tubo bourdon, espiral, helicoidal, fole ou uma combinação desses elementos, é conectado ao processo e se movimenta/deforma/desloca em função da pressão do processo aplicada sobre ele. Esse movimento é enviado ao transdutor elétrico do transmissor por meio de um sistema adequado, que o converte em um sinal eletrônico padronizado de saída (4 a 20mA).
Em função de seu princípio de funcionamento, os transmissores eletrônicos de pressão podem ser classificados nos seguintes tipos:
 Equilíbrio de Forças 
 Resistivos
 Magnéticos
 Capacitivos
 Extensométricos 
 Piezoelétricos
Transmissores Eletrônicos de Pressão Capacitivos
Os transmissores eletrônicos de pressão tipo capacitivos tem seu funcionamento baseado na variação de capacitância que se introduz em um capacitor quando se desloca uma de suas placas em consequência da aplicação de pressão.
O sensor de pressão mais utilizado, hoje, na fabricação de transmissores, é a célula capacitiva.
Essa célula é composta por uma câmara de alta e outra de baixa pressão que movem o diafragma central fazendo variar a capacitância diferencial formada pelo diafragma e as duas placas de metal isoladas por óleo.
Resumindo, é a deformação de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total, que é medida por um circuito eletrônico.
Sistema de Selagem
É uma técnica muito utilizada na indústria para isolar o fluido de processo do contato direto com o instrumento de medição.
Os casos mais comuns em que é necessário isolar o fluido de processo do elemento primário de medição são relacionados abaixo:
 O fluído do processo é altamente corrosivo. A superfície interna do instrumento não pode ser protegida do tanque do fluido;
 O fluído do processo é pastoso. A medição é dificultada pelas áreas mortas, inevitáveis em algumas unidades de medição;
 O fluído do processo tende a cristaliza-se com a variação de temperatura, entupindo a tomada de impulso;
 O fluído do processo apresenta sólidos em suspensão;
O fluído é um gás com possibilidades de condensação. A condensação forma colunas líquidas que podem interferir na medição.
 O fluído é perecível. Pode ocorrer a decomposição de substâncias orgânicas, possibilitando a ocorrência de contaminação do produto;
 A temperaturado fluído é muito elevada. A temperatura do instrumento pode atingir valores indesejáveis;
 A instalação do instrumento é desfavorável, dificultando a leitura do operador e a manutenção do instrumento;
 O instrumento está sujeito a vibrações constantes. A vibração pode soltar parafusos, porcas, escalas e ponteiros;
 O fluído é periculoso. Um possível vazamento para a atmosfera ou meio ambiente deve ser evitado por razões de segurança ou poluição radioativa.
Tipos de Selagem
SELO LÍQUIDO
Neste tipo de aplicação, o fluído de processo é isolado do elemento primário por meio de uma coluna líquida.
Para medir pressão, a selagem pode ser realizada antes do elemento primário.
Os líquidos de processo e de selagem devem ser não miscíveis (que não se misturam).
Os tipos de líquido de selagem utilizados dependem das características químicas e físicas do processo. Os mais utilizados são:
 Glicerina
 Querosene
 Óleos
 Glicol e água
Pote de Selagem
O Pote de Selagem consiste em um reservatório instalado entre a tomada de impulso e o elemento primário de medição que isola o líquido de processo do instrumento de medição por meio da diferença de densidade dos líquidos de processo e de selo.
A pressão de processo atua sobre a superfície do líquido de selagem, pressionando o selo até o interior do elemento receptor.
Na medição de nível por pressão diferencial em tanques fechados com vapores condessáveis é necessária a utilização de selagem na tomada de baixa pressão para evitar erros de medição devido a possíveis acúmulos de condensado na tomada.
SELO A AR
Esse tipo de selagem é muito utilizado em medição de baixas pressões. Consiste em uma câmara na qual é instalado um diafragma que se desloca em função da variação da pressão aplicada. As tubulações e a câmara são preenchidas com ar à pressão atmosférica. A contração do diafragma aciona o elemento sensor.
SELO VOLUMÉTRICO
O selo volumétrico consiste em uma câmera, totalmente preenchida com um líquido, em contato com o elemento de medição. O isolamento entre líquido de selagem e o processo é realizado por meio de um diafragma ou fole. A pressão que atua sobre a área do diafragma ou do fole provoca um deslocamento do líquido, transmitindo qualquer variação de pressão ao elemento sensor. Em alguns casos a comunicação entre a câmara e o elemento pode ser feita por meio de um tubo capilar.
A faixa mínima recomendada para medidores com selo volumétrico é de 3kg/cm², sendo que o comprimento do capilar não deve ultrapassar 15 metros.
Tomada de Impulso
É o ponto de medição do elemento primário que fica em contato direto com o fluído do processo.
Tubulação de Impulso
É a tubulação que liga a tomada de impulso ao instrumento de medição. Para instrumentos de pressão diferencial, a tubulação de impulso deverá estar conectada às tomadas de impulso por meio de duas linhas , uma conectada a câmera de baixa e outra conectada a câmera de alta do instrumento. 
A instalação de uma tubulação de impulso depende do tipo de fluido e da variável a ser medida.
Toda instalação de instrumentos medidores de pressão deve conter os componentes relacionados a seguir:
 Um nipple de determinado diâmetro fixado a tomada de impulso
 Uma válvula de bloqueio para bloquear o fluído de processo, em caso de remoção para manutenção ou substituição.
 Um tubo de determinado diâmetro conectado à válvula de bloqueio e ao instrumento.
 Uma válvula dreno instalada próxima ao instrumento para despressurizar a tomada de impulso e para drenar o fluído de processo contido na tomada de impulso.
Instalação para medidores de vazão de gás por pressão diferencial
O instrumento deve ser montado acima do elemento primário de vazão (placa de orifício) com válvulas de bloqueio conectadas às tomadas de impulso para isolar o instrumento do líquido de processo e com uma válvula equalizadora conectada entre duas tomadas de impulso para igualar as pressões das câmaras do instrumento.
As válvulas de bloqueio e a válvula equalizadora podem ser substituídas por um manifold (conjunto de três válvulas instaladas em um mesmo bloco).
Instalação para medidores de vazão de líquido por pressão diferencial
O instrumento deve ser montado abaixo do elemento primário de vazão (placa de orifício), com válvulas de bloqueio conectadas às tomadas de impulso para isolar o instrumento do líquido de processo e com uma válvula equalizadora conectada entre duas tomadas de impulso para igualar as pressões das câmaras do instrumento.
As linhas de tomada de impulso deverão ser da mesma altura, caso contrário pode ocorrer um erro na medição devido à diferença de altura de coluna líquida. 
Instalação para medidores de vazão de vapor por pressão diferencial
O instrumento deve ser montado abaixo do elemento primário de vazão (placa de orifício) com válvulas de bloqueio conectadas às tomadas de impulso para isolar o instrumento do vapor de processo e com uma válvula equalizadora conectada entre as duas tomadas de impulso, para igualar as pressões das câmaras do instrumento. 
A seleção do material para instalação das tomadas de impulso depende do tipo de fluido a ser medido, da temperatura e pressão de operação do fluído, da possibilidade de corrosão e da distância entre o elemento primário e o instrumento.