Microsoft PowerPoint - 5 - Pressao - 110 minFonte: Simone
Acosta
Medição de Pressão
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Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as
medidas de vazão, nível etc. podem
ser feitas utilizando-se esse princípio.
Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de
área.
P = F onde: P = Pressão A F = Força
A = Área
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A unidade SI para pressão é o pascal (Pa), definida como newton por
metro quadrado . O pascal é uma unidade muito pequena. Um pascal
equivale à pressão exercida por uma coluna d'água de altura de 0,1
mm. Ela equivale a pressão de uma cédula de dinheiro sobre uma
superfície plana. Na prática, usa-se o kilopascal (kPa) e o
megapascal (MPa).
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A vantagem do uso do pascal, no lugar do psi (lbf/in2), kgf/cm2 e
mm de coluna liquida é que o pascal não depende da aceleração da
gravidade do local e da densidade do liquido. A gravidade não está
envolvida na definição de pascal.
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PRESSÃO ATMOSFÉRICA • É a pressão exercida pela camada de ar sobre
a superfície
terrestre, que é medida em um barômetro. Ao nível do mar esta
pressão é aproximadamente de 760 mmHg.
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PRESSÃO MANOMÉTRICA É a pressão medida em relação à pressão
atmosférica, tomada como unidade de referência. Ela pode ser
chamada de pressão relativa positiva ou pressão relativa
negativa.
Importante: Ao se exprimir um valor de pressão manométrica podemos
colocar após a unidade a letra “g” ou não. Exemplo: 3 psig = 3
psi
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PRESSÃO RELATIVA NEGATIVA OU VÁCUO É quando um sistema tem pressão
relativa menor que a pressão atmosférica.
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PRESSÃO ABSOLUTA É a soma da pressão relativa e atmosférica, também
se diz que é medida a partir do vácuo absoluto. Importante: Ao se
exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão é relativa ou
absoluta. Exemplo : 3 kgf/cm2 ABS ou 3 kgf/cm2 A - Pressão
Absoluta
4 kgf/cm2 - Pressão Relativa
(ou P. Efetiva ou Pressão) - Pressão Absoluta
(ou Zero Absoluto ou Vácuo Perfeito)
Pabs = Prel + Patm
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Tipos de Pressão
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Tipos de Pressão Pressão Estática ou Hidrostática
É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou que esteja
fluindo perpendicularmente a tomada de impulso. A pressão estática
do processo é a pressão transmitida pelo fluido nas paredes da
tubulação ou do vaso.
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Tipos de Pressão
Pressão Dinâmica ou Cinemática Pressão exercida por fluido em
movimento ou tomada de impulso no sentido do impacto do fluxo
(paralelo a sua corrente). A pressão dinâmica da tubulação é a
pressão devida a velocidade do fluido.
Exemplo de Medição de Pressão Estática e Dinâmica
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Massa Específica= massa volume [ kg/m³; g/cm³]
[kgf/m³; gf/cm³]
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Conversão: 01 libra = 0,4516 kg e 01 polegada = 2,54 cm portanto, 1
kgf/cm² = 14,223 psi.
Unidades mais utilizadas:
1 atm = 760 mmHg (0°C) = 762,4 mmHg (20°C) = 10.332 mmca =
10.351 mmca(20°C) = 10332 kgf/m² = 1,033 kgf/cm²= 14,696 psi
=
101,325 kpa (N/m²) = 1,01325 bar = 407,2 "H2O.
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TABELA DE CONVERSÃO
97 mmHg = 97(0,5362) = 52,0114 pol, H2O
97 mmHg = 97(1,3332) =129,3204 m Bars
PSI
KPA
2- Valor na escala absoluta: Somar 760 mmHg = 14,668 psi
a) 1,5 kgf/cm2 = 1,5 x 14,223 = 21,335 + 14,668 = 36,003 psia
b) -700 mmHg = -700 + 760 = 60 x 0,0193 = 1,158 psia
3- Valor na escala relativa: Descontar 760 mmHg = 14,668 psi
a) 0,9 kgf/cm2 ABS = 0,9 x 735,56 = 662 – 760 = -98 mmHg
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2- Defina o que é pressão atmosférica?
3- Defina o que é pressão manométrica?
4- Defina o que é pressão absoluta?
5- Defina o que é pressão diferencial?
6- Exercícios de conversão de unidades de pressão: a) 20 psi =
______________ kgf/cm2
b) 200 mmH20 = ______________ mmHg c) 10 kgf/cm2 = ______________
mmH20 d) 735,5 mmHg = ______________ psi
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7- Determine o valor das seguintes pressões na escala
absoluta:
Somar 760 mmHg = 14,668 psi a) 1180 mmHg = ________________psia b)
1250 kPa = ________________psia c) 22 psig =
________________psia
8- Determine o valor das pressões na escala relativa em mmHg:
Descontar 760 mmHg = 14,668 psi a) 1390 mmHg (Abs) =
____________________ mmHg b) 28 psia = ____________________ mmHg c)
32 mBar (Abs) = ____________________ mmHg
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P
P
P
Consiste geralmente de um tubo com seção oval, disposto na forma de
arco de circunferência tendo uma extremidade fechada, estando a
outra aberta à pressão a ser medida. Com a pressão agindo em seu
interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um
movimento em sua
extremidade fechada. Esse movimento através da engrenagem é
transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de
pressão.
a) Tipo C b) Tipo Espiral c) Tipo Helicoidal
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Medidores de Bourdon
O medidor tipo tubo de Bourdon é universalmente utilizado na faixa
de 0 - 10 psi até 50.000 psi. A faixa baixa depende da capacidade
do tubo acionar o ponteiro. Sua precisão depende do processo de
fabricação chegando 0,1% ou 0,5% da escala. Alguns desses medidores
são ainda incrementados com compensadores térmicos, normalmente uma
barra bimetálica integrada ao sistema do ponteiro para minimizar o
erro.
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Manômetro de Pressão Diferencial Este tipo construtivo, é adequado
para medir a
diferença de pressão entre dois pontos quaisquer do processo. É
composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposição e
interligados por articulações mecânicas.
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Video Mamograph fabrication
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São manômetros com dois Bourdons e mecanismos independentes e
utilizados para medir duas pressões distintas, porém com mesma
faixa de trabalho. A vantagem deste tipo está no fato de se
utilizar uma única caixa e um único mostrador.
Manômetro Duplo
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Sistemas de Selagem
Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos,
viscosos, tóxicos, sujeitos à alta temperatura e/ou radioativos, a
medição de pressão com manômetro tipo elástico se torna
impraticável pois o Bourdon não é adequado para essa aplicação,
seja em função dos efeitos da deformação proveniente da
temperatura, seja pela dificuldade de escoamento de fluidos
viscosos ou seja pelo ataque químico de fluidos corrosivos.
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Sistemas de Selagem Aplicação: a) O fluido do processo for
corrosivo ao dispositivo de medição;
b) O fluido for um gás com possibilidade de condensação por
diminuição de temperatura, quando for aplicado ao dispositivo
de medição, ex: vapor d’água;
c) O fluido for um líquido com sólidos em suspensão;
d) O fluido for um líquido pastoso;
e) O fluido tender a cristalizar-se com variações de
temperatura
ao ser aplicado ao dispositivo de medição, ex: óleo APF;
f) O fluido não puder permanecer parado no dispositivo de
medição, ex: medicamentos, leite etc;
g) O fluido for periculoso.
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Manômetro com Selagem Líquida Utiliza um fluido líquido inerte em
contato com o Bourdon e que não se mistura com o fluido do
processo. Nesse caso é usado um pote de selagem.
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Isolação com selagem líquida e diafragma como selo - O fluido de
selagem mais utilizado nesse caso é a glicerina, por ser inerte a
quase todos os fluidos. Este método é o mais utilizado e já é
fornecido pelos fabricantes quando solicitados.
Manômetro com Selagem Líquida
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MANÔMETRO PETROQUÍMICO É um manômetro equipado com membrana de
selagem química.
DEPOSITO DE OLEO
VALVULA DE BLOQUEIO
BOMBA DE VACUO
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SELO VOLUMÉTRICO Consiste em uma câmara selada e um capilar que
está ligado diretamente ao elemento. Nessa câmara existe um
diafragma que irá pressionar o líquido de selo pelo capilar ao
elemento. O deslocamento será proporcional à pressão exercida pelo
processo sobre o diafragma. A faixa mínima recomendada para os
medidores desse tipo é de 3 kgf/cm2, sendo o comprimento do capilar
de 15 metros no máximo.
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SELO SANITÁRIO É o tipo de selo que é utilizado nas indústrias
alimentícias. Sua conexão ao processo é feita através de um grampo
para facilitar sua remoção quando é feita a higienização do
processo.
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Sensor Tipo Diafragma É constituído por um disco de
material elástico (metálico ou não), fixo pela borda. Uma haste
fixa 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 aplicada.
ESCALA
MOLA
PONTEIRO
Fole
Pressão
Mola
Fole é um dispositivo que possui ruga no círculo exterior que tem a
possibilidade de expandir-se e contrair-se em função de pressões
aplicadas no sentido do eixo. Como a resistência à pressão é
limitada, é usado para baixa pressão.
1 2
3 4
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Quando desejamos calibrar um manômetro, na maioria das vezes,
utilizamos a Máquina de Teste que funciona pelo Princípio de Pascal
diz que: A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em
forma estática, se transmite integralmente em todas as direções e
produz a mesma força em áreas iguais. Devido serem os fluidos
praticamente incompressíveis, a força mecânica desenvolvida em um
fluido sob pressão pode ser transmitida.
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Video Pascal calibration
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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 obtida pela leitura da altura de coluna
do líquido deslocado em função da intensidade da referida pressão
aplicada. Os líquidos mais utilizados nas colunas são: água
(normalmente com um corante) e mercúrio.
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Equação Manométrica Esta equação relaciona as pressões
aplicadas
nos ramos de uma coluna de medição e altura de coluna do líquido
deslocado. A equação apresenta-se como a expressão matemática
resultante dessa relação.
hpp 12
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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 2 mH2O
caso se utilize água destilada, e 2 mHg com utilização do
mercúrio.
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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 (geralmente vidro) recurvado em forma de U e fixado
sobre uma escala graduada.
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No tipo (a), o zero da escala está no mesmo plano horizontal que a
superfície do líquido quando as pressões P1 e P2 são iguais. Neste
caso, a superfície do líquido desce no lado de alta pressão e,
conseqüentemente, sobe no lado de baixa pressão. A leitura se faz,
somando a quantidade deslocada a partir do zero nos lados de alta e
baixa pressão.
TIPOS DE MANÔMETRO LÍQUIDO Manômetro tipo Coluna em “U”
P1 – P2 = h.dr
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No tipo (b), o ajuste de zero é feito em relação ao lado de alta
pressão. Neste tipo há necessidade de se ajustar a escala a cada
mudança de pressão.
TIPOS DE MANÔMETRO LÍQUIDO Manômetro tipo Coluna em “U”
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No tipo (c) a leitura é feita a partir do ponto mínimo da
superfície do líquido no lado de alta pressão, subtraída do ponto
máximo do lado de baixa pressão. A leitura pode ser feita
simplesmente medindo o deslocamento do lado de baixa pressão a
partir do mesmo nível do lado de alta pressão, tomando como
referência o zero da escala.
TIPOS DE MANÔMETRO LÍQUIDO Manômetro tipo Coluna em “U”
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P1 – P2 = h.dr
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Manômetro tipo Coluna Reta Vertical
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, face o volume deslocado ser o mesmo e
sua área bem menor.
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Como o volume deslocado é o mesmo, teremos:
1221 hhPP
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:
2121 h . A a h h . a h . A
Substituindo o valor de h1 na equação manométrica, teremos:
) A a (1 h . P - P 221
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:
h . P - P 221
Manômetro tipo Coluna Inclinada
Este Manômetro é utilizado para medir baixas pressões na ordem de
50 mmH2O. Sua construção é feita inclinando um tubo reto de pequeno
diâmetro, de modo a medir com boa precisão pressões em função do
deslocamento do líquido dentro do tubo. A vantagem adicional é a de
expandir a escala de leitura o que é muitas vezes conveniente para
medições de pequenas pressões com boa precisão ( 0,02 mmH2O).
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Manômetro tipo Coluna Inclinada A figura representa o croqui
construtivo desse
manômetro, onde: é o ângulo de inclinação
a e A são áreas dos ramos.
P1 e P2 são as pressões aplicadas, sendo P1 P2.
P1 – P2 = . h A a
+ sen
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MENISCO Neste tipo de medidor, a tensão superficial dos líquidos é
evidente, ou seja, neste tipo de medidor devido a força de coesão e
adesão entre as moléculas do vidro do líquido, aparece o que
chamamos de menisco. Em tubos de pequenos diâmetros, a superfície
do líquido deverá ser uma curva. No caso de líquidos como a água e
o álcool, a qual tem uma tensão superficial baixa, a superfície
será côncava. No caso do mercúrio, a qual tem uma tensão
superficial alta, o menisco será convexo. Para evitar o erro de
paralaxe quando fizermos a leitura de pressão, esta deve ser feita
na direção horizontal no ápice do menisco.
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Exercícios:
1- Defina o tubo de Bourdon. 2- Cite 3 tipos de Bourdon. 3- Como é
constituído o diafragma? 4- Como é constituído o fole? 5- Como
funciona o fole? 6- Cite 3 tipos de coluna líquida. 7- Como deve
ser feita a leitura de pressão nas colunas líquidas quando aparece
o menisco ?
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O transdutor de indutância variável utiliza uma bobina primária,
uma secundária e um núcleo magnético que localiza-se entre as duas
bobinas. Ao núcleo é conectado um sensor de pressão (por exemplo,
diafragma) e quando ocorre uma variação da pressão, este núcleo se
movimenta e altera o número de espiras induzidas, variando
consequentemente a voltagem de saída do circuito. O tipo mais comum
de transdutor de indutância variável é o LVDT (transformador
diferencial linear variável).
Transdutor de Pressão Indutivo (LVDT)
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Sensor Piezoelétrico Os elementos piezoelétricos são cristais (como
o quartzo, a turmalina e o titanato) que acumulam cargas elétricas
em certas áreas da estrutura cristalina quando sofrem uma
deformação física, por ação de uma pressão. São elementos pequenos
e de construção robusta. Seu sinal de resposta é linear com a
variação de pressão, são capazes de fornecer sinais de altíssimas
freqüências.
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Fio solidário a base
Lâmina de base
R = l . S
R : Resistência do condutor : Resistividade do material L :
Comprimento do condutor S : Área da seção transversal
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio,
mudando-se as suas dimensões.
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Fio solidário a base
Lâmina de base (Flexível)
F
Uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de apoio rígido
enquanto a outra extremidade será o ponto de aplicação de
força.
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Notamos que a ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras
extensiométricas é o circuito em ponte de Wheatstone, que tem a
vantagem adicional de compensar as variações de temperatura
ambiente, pois todos os elementos estão montados em um único
bloco.
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Transdutor de Pressão Capacitivo Este tipo de sensor resume-se na
deformação, diretamente pelo processo de uma das armaduras do
capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total que
é medida por um circuito eletrônico.
C = K A d
A = área das placas
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d 1 d
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Calibração de Transmissores
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Medição de Pressão
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Sensor de Silício Ressonante O sensor consiste de uma cápsula de
silício colocada estrategicamente em um diafragma, utilizando do
diferencial de pressão para vibrar em maior ou menor intensidade,
afim de que essa freqüência seja proporcional a pressão
aplicada.
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Dois fatores que irão influenciar na ressonância do sensor de
silício são: o campo magnético gerado por um imã permanente
posicionado sobre o sensor; o segundo será o campo elétrico gerado
por uma corrente alternada (além das pressões exercidas sobre o
sensor, obviamente). Portanto, a combinação do fator campo
magnético/campo elétrico é responsável pela vibração do sensor
.
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Por estarem localizadas em locais diferentes, porém no mesmo
encapsulamento, um sensor sofrerá uma compressão e o outro sofrerá
uma tração conforme a aplicação de pressão sentida pelo diafragma.
Desta maneira, os sensores possuirão uma diferença de freqüência
entre si, que pode ser sentida por um circuito eletrônico. Essa
diferença de freqüência será proporcional ao P aplicado.
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Transmissores de Pressão
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Medição de Pressão
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Medição de Pressão
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Pressostato 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. É constituído em
geral por um sensor, um mecanismo de
ajuste de setpoint e uma chave de duas posições (aberto ou
fechado). Como elemento sensor, pode-se
utilizar qualquer um dos tipos já estudado, sendo o mais utilizado
nas diversas aplicações o diafragma. Como mecanismo de ajuste de
setpoint utiliza-se na maioria das aplicações uma mola com faixa de
ajuste selecionada conforme pressão de trabalho e ajuste, e
em oposição à pressão aplicada. O mecanismo de mudança de estado
mais utilizado é o micro interruptor,
podendo ser utilizado também ampola de vidro com mercúrio fechando
ou abrindo o contato que pode ser
do tipo normal aberto ou normal fechado.
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Classes de proteção => indicadas por um símbolo composto:
a) duas letras – IP (International Protection) b) dois dígitos que
definem o grau de proteção
Exemplo:
2- Defina o sensor tipo strain gauge.
3- Defina o sensor tipo capacitivo.
4- Defina o sensor de silício ressonante.
5- Um transmissor de pressão possui range de 0 a 25 bar, exatidão
de 0,5% do span, rangeabilidade 10:1, IP65. O que significam estas
informações?
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Exercícios:
1- Um transmissor de pressão com sensor capacitivo da marca Zurich
apresenta os seguintes dados: faixa de medida de 0 a 10 bar;
exatidão de 0,13% do F.E.. O valor medido foi de 5 bar. Qual o
valor real da medida?
2- Um manômetro da marca Zurich apresenta os seguintes dados: range
de 50 a 300 kgf/cm2; exatidão de 1% do span. O valor medido foi de
125 kgf/cm2. Qual o valor real da medida?
3- Um transmissor de pressão da marca Danfoss apresenta os
seguintes dados:
a) Faixa de medição de pressão relativa de 0 a 25 bar; exatidão de
2% do valor medido. O valor medido neste instrumento foi de 15 bar.
Qual o valor real da medida?
b) Grau de proteção IP67. O que isto significa?
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Exercício: 4- Numa atividade com um transmissor de pressão com
saída de 4 a 20 mA, é ajustado o range de 1 a 5 bar . Preencha a
tabela abaixo com as informações solicitadas.
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Exercícios:
5- Considerando um sensor de pressão analógico cujo range é de 5 a
125 mmHg e sinal de saída de 1,0 a 5,0 V. Calcular o que se pede a
seguir: a) Calcular o valor de entrada do instrumento para 25%, 50%
e 75%. b) Calcular o valor de saída do instrumento para 25%, 50% e
75%. c) Calcular a sensibilidade desse sensor (em V/mmHg) (calcular
utilizando o span de saída dividido pelo span de entrada).
SENSIBILIDADE (SENSITIVITY) - E a razão entre a variação do valor
indicado ou transmitido por um instrumento e a variação da variável
que o acionou, após ter alcançado o estado de repouso.
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Exercícios:
6- Um transmissor de pressão, cujo range é de -50 Pa a +200 Pa,
está sendo sensibilizado com uma pressão de +75 Pa. Calcule o que
se pede abaixo sabendo que o transmissor transmite sinal pneumático
de 3 a 15 psi.
a) Qual o valor de pressão em Pa que está sendo transmitido pelo
transmissor sabendo que o sinal de saída do mesmo durante sua
sensibilização é de 9,6 psi?
b) O instrumento esta sendo sensibilizado com que percentual de
pressão na entrada?
c) Qual o erro absoluto (em psi) que está sendo cometido pelo
transmissor?
d) Qual o erro relativo (em %) ao span que está sendo cometido pelo
transmissor?
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Exercícios:
7- Um transmissor de pressão, cujo range é de 1 a 10 bar, está
sendo sensibilizado com 20% de seu valor de entrada e o mesmo está
apresentando uma saída correspondente a 7,4mA. Calcule o que se
pede abaixo sabendo que o transmissor possui faixa de saída 4 a 20
mA. a) Qual o valor de pressão (em bar) que está sendo transmitida
pelo transmissor? b) Qual o erro absoluto em bar que está sendo
cometido pelo transmissor? c) Qual é o erro relativo (em %) ao span
cometido pelo mesmo? d) Qual a sensibilidade do transmissor de
pressão em mA/bar?
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Exercícios:
8- Um transmissor de pressão, cujo range é de 0 a 29 psi, está
sendo sensibilizado com 25% de seu valor de entrada e o mesmo está
apresentando uma saída correspondente a 8,8mA. Sabendo que o
transmissor possui faixa de saída de 4 a 20 mA, calcule o que se
pede a seguir: a) Qual o valor da pressão que está sensibilizando o
transmissor? b) Qual o valor da pressão (em psi) que o transmissor
está transmitindo? c) Qual é o erro absoluto em psi cometido pelo
mesmo? d) Qual é o erro relativo (em %) ao span cometido pelo
mesmo?
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P1 – P2 = h.dr
Usar as pressões em (mm) e a h em (mm)
a) P1= 500 mmHg, P2= ? kgf/cm2, dr= 1,0, h= 20 cm b) P1= ? psi, P2=
15 “H2O, dr= 13,6, h= 150 mm c) P1= 3800 mmHg, P2= 10 psi, dr=
13,6, h =? cm d) P1= -300 mmHg, P2= ? psia, dr= 1,0, h =10“
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