Instrumentacao Industrial - Curso de pós Graduacao em Engenharia Mecatronica.pdf

7/30/2019 Instrumentacao Industrial - Curso de ps Graduacao em Engenharia Mecatronica.pdf

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UCL Faculdade do Centro Leste www.ucl.brTel. / Fax: (27) 3328-2828 e-mail: [email protected]

Curso de Ps-Graduao em EngenhariaMecatrnica Controle de Processos

Instrumentao Industrial

Prof. Fernando Tadeu Rios Dias


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Instrumentao - Variveis Bsicas

Instrumentao

Detector

Transmissor

Vlvula

Atuador

Indicador

Integrador

Controlador

Conversor


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Instrumentao Bsica- Presso e Nvel Instrumentao

ndice

Assunto Pgina

Introduo instrumentao............................................................... 1

Classificao de instrumentos............................................................... 1

Simbologia da Instrumentao............................................................... 7

Medio de Presso.............................................................................. 13

Definies Bsicas................................................................................ 13

Princpios, Leis e Teoremas da Fsica ................................................. 14

Definio de Presso............................................................................. 16Tcnicas de medio de presso......................................................... 18

Tipos de Manmetro Lquido................................................................. 21

Manmetro Tipo Elstico....................................................................... 24

Manmetro Padro................................................................................. 32

Instrumento de transmisso de sinal..................................................... 34

Escolha do tipo de Medidor................................................................... 40

Recomendaes para uso...................................................................... 40

Instrumentos para Alarme e Intertravamento......................................... 41

Instrumentos Conversores de Sinais...................................................... 46

Medio de nvel................................................................................... 47

Classificao e Tipo de Medidores de Nvel.......................................... 47

Medidores de Nvel por Medio Direta.................................................. 48

Medidores de Nvel por Medio Indireta............................................... 58

Escolha do tipo de Medidor de Nvel..................................................... 77

Instrumentos para Alarme e Intertravamento......................................... 78


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1

OBJETIVOS

Proporcionar ao participante, conceitos de presso, nvel e uma abordagem geral ao estudoda instrumentao industrial, analisando partes integrantes como sensores, indicadores,transmissores e etc., bem como aplicaes e princpio de funcionamento dos mesmos.


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1 INTRODUO INSTRUMENTAO

INSTRUMENTAO a cincia que aplica e desenvolve tcnicas para adequao de

instrumentos de medio, transmisso, indicao, registro e controle de variveis fsicas emequipamentos nos processos industriais.Nas indstrias de processos tais como siderrgica, petroqumica, alimentcia, papel, etc.; ainstrumentao responsvel pelo rendimento mximo de um processo, fazendo com quetoda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaborao do produto desejado. Asprincipais grandezas que traduzem transferncias de energia no processo so: PRESSO,NVEL, VAZO, TEMPERATURA; as quais denominamos de variveis de um processo.

2 - CLASSIFICAO DE INSTRUMENTOS DE MEDIO

Existem vrios mtodos de classificao de instrumentos de medio. Dentre os quaispodemos ter:

Classificao por: funo sinal transmitido ou suprimento tipo de sinal

2.1 - Classificao por Funo

Conforme ser visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados entre si pararealizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associao dessesinstrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma funo.

Os instrumentos que podem compor uma malha so ento classificados por funo cujadescrio sucinta pode ser liga na tabela 01.

Fig. 01 - Exemplo de configurao de uma malha de controle


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TABELA 01 - CLASSIFICAO POR FUNO

INSTRUMENTO DEFINIO

Detector So dispositivos com os quais conseguimos detectar alteraes na varivel doprocesso. Pode ser ou no parte do transmissor.

Transmissor Instrumento que tem a funo de converter sinais do detector em outra formacapaz de ser enviada distncia para um instrumento receptor, normalmentelocalizado no painel.

Indicador Instrumento que indica o valor da quantidade medida enviado pelo detector,transmissor, etc.

Registrador Instrumento que registra graficamente valores instantneos medidos ao longo dotempo, valores estes enviados pelo detector, transmissor, Controlador etc.

Conversor Instrumento cuja funo a de receber uma informao na forma de um sinal,alterar esta forma e a emitir como um sinal de sada proporcional ao de entrada.

UnidadeAritmtica

Instrumento que realiza operaes nos sinais de valores de entrada de acordocom uma determinada expresso e fornece uma sada resultante da operao.

Integrador Instrumento que indica o valor obtido pela integrao de quantidades medidassobre o tempo.

Controlador Instrumento que compara o valor medido com o desejado e, baseado nadiferena entre eles, emite sinal de correo para a varivel manipulada a fim deque essa diferena seja igual a zero.

Elemento final decontrole

Dispositivo cuja funo modificar o valor de uma varivel que leve o processoao valor desejado.

2.2 - Classificao por Sinal de Transmisso ou SuprimentoOs equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou o seusuprimento. A seguir ser descrito os principais tipos, suas vantagens e desvantagens.

2.2.1 - Tipo pn eumticoNesse tipo utilizado um gs comprimido, cuja presso alterada conforme o valor que sedeseja representar. Nesse caso a variao da presso do gs linearmente manipuladanuma faixa especfica, padronizada internacionalmente, para representar a variao de umagrandeza desde seu limite inferior at seu limite superior. O padro de transmisso ourecepo de instrumentos pneumticos mais utilizado de 0,2 a 1,0 kgf/cm2(aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Ingls).

Os sinais de transmisso analgica normalmente comeam em um valor acima do zero paratermos uma segurana em caso de rompimento do meio de comunicao.

O gs mais utilizado para transmisso o ar comprimido, sendo tambm o NITROGNIO eem casos especficos o GS NATURAL (PETROBRAS).

2.2.1.1 - VantagemA grande e nica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumticos est no fato de sepoder oper-los com segurana em reas onde existe risco de exploso (centrais de gs,por exemplo).


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2.2.1.2 - Desvantagensa) Necessita de tubulao de ar comprimido (ou outro gs) para seu suprimento e

funcionamento.

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador, etc..., para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem partculas slidas.c) Devido ao atraso que ocorre na transmisso do sinal, este no pode ser enviado longa

distncia, sem uso de reforadores. Normalmente a transmisso limitada aaproximadamente 100 m.

d) Vazamentos ao longo da linha de transmisso ou mesmo nos instrumentos so difceisde serem detectados.

e) No permite conexo direta aos computadores.

2.2.2 - Tip o Hid rul ic oSimilar ao tipo pneumtico e com desvantagens equivalentes, o tipo hidrulico utiliza-se davariao de presso exercida em leos hidrulicos para transmisso de sinal.

especialmente utilizado em aplicaes onde torque elevado necessrio ou quando oprocesso envolve presses elevadas.

2.2.2.1 - Vantagensa) Podem gerar grandes foras e assim acionar equipamentos de grande peso e dimenso.b) Resposta rpida.

2.2.2.2 - Desvantagensa) Necessita de tubulaes de leo para transmisso e suprimento.b) Necessita de inspeo peridica do nvel de leo bem como sua troca.c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatrio, filtros, bombas, etc...

2.2.3 - Ti po e ltric oEsse tipo de transmisso feita utilizando sinais eltricos de corrente ou tenso.Face a tecnologia disponvel no mercado em relao a fabricao de instrumentoseletrnicos microprocessados, hoje, esse tipo de transmisso largamente usado em todasas indstrias, onde no ocorre risco de exploso. Assim como na transmisso pneumtica, osinal linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto devalores entre o limite mnimo e mximo de uma varivel de um processo qualquer. Comopadro para transmisso a longas distncias so utilizados sinais em corrente contnuavariando de (4 a 20 mA) e para distncias at 15 metros aproximadamente, tambm utiliza-se sinais em tenso contnua de 1 a 5V.

2.2.3.1 - Vantagensa) Permite transmisso para longas distncias sem perdas.b) A alimentao pode ser feita pelos prprios fios que conduzem o sinal de transmisso.c) No necessita de poucos equipamentos auxiliares.d) Permite fcil conexo aos computadores.e) Fcil instalao.f) Permite de forma mais fcil realizao de operaes matemticas.g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA)seja lido por mais de um instrumento, ligando em

srie os instrumentos. Porm, existe um limite quanto soma das resistncias internasdeste instrumentos, que no deve ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante dotransmissor.


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2.2.3.2 Desvantagensa) Necessita de tcnico especializado para sua instalao e manuteno.b) Exige utilizao de instrumentos e cuidados especiais em instalaes localizadas em

reas de riscos.c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais.d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra rudos eltricos.

a) .

3.2.4 - Via RdioNeste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos so enviados sua estao receptoravia ondas de rdio em uma faixa de freqncia especfica.

3.2.4.1 - Vantagensa) No necessita de cabos de sinal.b) Pode-se enviar sinais de medio e controle de mquinas em movimento.

3.2.4.2 - Desvantagensa) Alto custo inicial.b) Necessidade de tcnicos altamente especializados.

3.2.5 - Via ModemA transmisso dos sinais feita atravs de utilizao de linhas telefnicas pela modulaodo sinal em freqncia, fase ou amplitude.

3.2.5.1 - Vantagensa) Baixo custo de instalao.b) Pode-se transmitir dados a longas distncias.

3.2.5.2 - Desvantagensa) Necessita de profissionais especializados.b) baixa velocidade na transmisso de dados.c) sujeito a interferncias externas, inclusive violao de informaes.

3.2.6 - Tipo DigitalNesse tipo, pacotes de informaes sobre a varivel medida so enviados para umaestao receptora, atravs de sinais digitais modulados e padronizados. Para que acomunicao entre o elemento transmissor receptor seja realizada com xito utilizada umalinguagem padro chamado protocolo de comunicao.

3.2.6.1 - Vantagensa) No necessita ligao ponto a ponto por instrumento.b) Pode utilizar um par tranado ou fibra ptica para transmisso dos dados.c) Imune a rudos externos.d) Permite configurao, diagnsticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha.e) Menor custo final.


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3.2.6.2- Desvantagensb) Existncia de vrios protocolos no mercado, o que dificulta a comunicao entre

equipamentos de marcas diferentes.Caso ocorra rompimento no cabo de comunicao pode-se perder a informao e/oucontrole de vrias malhas.

4 ~ 20 mA

Cartes I/O

FOUNDATION FIELDBUS

Cartes I/O


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4 - SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAO

Com objetivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentos utilizados pararepresentar as configuraes utilizadas para representar as configuraes das malhas de

instrumentao, normas foram criadas em diversos pases.No Brasil Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) atravs de sua norma NBR8190 apresenta e sugere o uso de smbolos grficos para representao dos diversosinstrumentos e suas funes ocupadas nas malhas de instrumentao. No entanto, como dada a liberdade para cada empresa estabelecer/escolher a norma a ser seguida naelaborao dos seus diversos documentos de projeto de instrumentao outras soutilizadas. Assim, devido a sua maior abrangncia e atualizao, a norma mais utilizada emprojetos industriais no Brasil a estabelecida pela ISA (Instrument Society of America).A seguir ser apresentada a norma ISA , de forma resumida, a ser utilizada nasidentificaes de instrumentos e malhas dessa apostila.

4.1 - Simbologia Conforme Norma ISA4.1.1 - Finalidades

4.1.1.1 - Informaes Gerais:As necessidades de procedimentos de vrios usurios so diferentes. A norma reconheceessas necessidades quando esto de acordo com os objetivos e fornece mtodosalternativos de simbolismo. Vrios exemplos so indicados para adicionar informaes ousimplificar o simbolismo.

Os smbolos dos equipamentos de processo no fazem parte desta norma, porm soincludos apenas para ilustrar as aplicaes dos smbolos da instrumentao.

4.1.2 - Aplicao na Indstria

O norma adequada para uso em indstrias qumicas, de petrleo, de gerao de energia,refrigerao, minerao, refinao de metal, papel e celulose e muitas outras.Algumas reas, tal como astronomia, navegao e medicina usam instrumentos toespecializados que so diferentes dos convencionais. No houve esforos para que a normaatendesse s necessidades dessas reas. Entretanto, espera-se que a mesma seja flexvelsuficientemente para resolver grande parte desse problema.

4.2 - Aplicao nas atividades de trabalhoA norma adequada para uso sempre que qualquer referncia a um instrumento ou a umafuno de um sistema de controle for necessria com o objetivo de simbolizao de

identificao.Tais referncias podem ser aplicadas para as seguintes utilizaes (assim como outras): Projetos; exemplos didticos; material tcnico - papeis, literatura e discusses; diagramas de sistema de instrumentao, diagramas de malha, diagramas lgicos; descries funcionais; diagrama de fluxo: processo, mecnico, engenharia, sistemas, tubulao (processo)

e desenhos/projetos de construo de instrumentao; Especificaes, ordens de compra, manifestaes e outras listas; Identificao de instrumentos (nomes) e funes de controle;

Instalao, instrues de operao e manuteno, desenhos e registros.


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A norma destina-se a fornecer informaes suficientes a fim de permitir que qualquerpessoa, ao revisar qualquer documento sobre medio e controle de processo, possa

entender as maneiras de medir e controlar o processo (desde que possua um certoconhecimento do assunto). No constitui pr-requisito para esse entendimento umconhecimento profundo/detalhado de um especialista em instrumentao.

4.3 - Aplicao para Classes e Funes de InstrumentosAs simbologias e o mtodo de identificao desta norma so aplicveis para toda classe deprocesso de medio e instrumentao de controle. Podem ser utilizados no somente paraidentificar instrumentos discretos e suas funes, mas tambm para identificar funesanalgicas de sistemas que so denominados de vrias formas como Shared Display,Shared Control, Distribuided Control e Conputer Control.

4.4 - Contedo da Identificao da FunoA norma composta de uma chave de funes de instrumentos para sua identificao esimbolizao. Detalhes adicionais dos instrumentos so melhor descritos em umaespecificao apropriada, folha de dados, ou outro documento utilizado que esses detalhesrequerem.

4.5 - Contedo de Identificao da MalhaA norma abrange a identificao de um instrumento e todos outros instrumentos ou funesde controle associados a essa malha. O uso livre para aplicao de identificao adicionaltais como, nmero de serie, nmero da unidade, nmero da rea, ou outros significados.

Como exemplo, uma identificao representativa a seguinte:

T RC 2 A

1 letra Letras sucessivas N da cadeia Sufixo (normalmente no utilizado)

Identificao Funcional Identificao da Cadeia


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TABELA 3 - IDENTIFICATION LETTERS

FIRST-LETTER SECCENDING-LETTERSMEASURED OR

INITIATING VARIABLE MODIFIERREADOUT OR

PASSIVEFUNCITION

OUTIPUTFUNCTION

MODIFIER

A Analysis Alarm

B Burner, Combustion Users Choice Users Choice Users ChoiceC Users Choice ControlD Users Choice DifferentialE Voltage Sensor

(Primary Element)

F Flow Rate Ratio

(Francion)G Users Choice Glass,ViewingDevice

H Hand HighI Corrent (Electrical) Indicate

J Power ScanK Time, Time Schedule Time Rate

of ChangeControl Station

L Level Light LowM Users Choice Momentary Middle,

IntermediateN Users Choice Users Choice Users Choice Users Choice

O Users Choice Orifice,RestrictionP Pressure, Vaccum Point (Test)

Connection

Q Quantity Integrate,Totalize

R Radioation Recorder

S Speed, Frequency Safety SwitchT Temperature TransmitU Multivariable Multifunction Multifunction MultifunctionV Vibration, Mechanical

AnalysisVlve,Damper,Louver

W Weight, Force WellX Unclassified X Axis Unclassified Unclassified UnclassifiedY Event, State or Presence Y Axis Relay, Compute,

ConvertZ Position, Dimension Z Axis Driver, Actuator,

Unclassified FinalControl Element

Note: Numbers in parentheses refer to specific explanatory notes on pages 15 and 16.


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4.6 - Smbolos de Linha de Instrumentos

Todas as linhas so apropriadas em relao s linhas do processo de tubulao:

( 1 ) alimentao do instrumento * ou conexo ao processo.( 2 ) sinal indefinido.

( 3 ) sinal pneumtico. **

( 4 ) sinal eltrico.

( 5 ) sinal hidrulico.

( 6 ) tubo capilar.

( 7 ) sinal snico ou eletromagntico (guiado).***

( 8 ) sinal snico ou eletromagntico (no guiado). ***

( 9 ) conexo interna do sistema (software ou data link).( 10 ) conexo mecnica.

4.7.1 - Smbolos opcionais binrios (ON - OFF)

( 11 ) sinal binrio pneumtico

( 12 ) sinal binrio eltrico

Nota: OU significa escolha do usurio. Recomenda-se coerncia.

* Sugerimos as seguintes abreviaturas para denotar os tipos de alimentao. Essasdesignaes podem ser tambm aplicadas para suprimento de fluidos.

AS - suprimento de ar

IA - ar do instrumento

PA - ar da planta

ES - alimentao eltrica

GS - alimentao de gs

HS - suprimento hidrulico

NS - suprimento de nitrognio

SS - suprimento de vapor

WS - suprimento de gua

O valor do suprimento pode ser adicionado linha de suprimento do instrumento; exemplo:AS-100, suprimento de ar 100-psi; ES-24DC; alimentao eltrica de 24VDC.

** O smbolo do sinal pneumtico se aplica para utilizao de sinal, usando qualquer gs.

*** Fenmeno eletromagntico inclui calor, ondas de rdio, radiao nuclear e luz.

opes

OU

OU


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4.7 - Smbolos Gerais de Instrumentos ou de Funes

Localizao primria*** Normalmente

acessvel ao operadorMontagem do Campo

Localizao Auxiliar*** Normalmente

acessvel ao operador

Instrumentosdiscretos

1

*

2 3

Displaycompartilhado,

controle

compartilhado

4 5 6

Funo emcomputador

7 8 9

Controle LgicoProgramvel

10 11 12

13 14

Instrumento comnmeros de identificao

grandes

15

Instrumentos montadosno mesmo alojamento****

16

Luz Piloto

17

Ponto de teste montadono painel

18

*****

Purga

19 20

diafragma de selagem

21

*******

Intertravamento lgicoindefinido

GTE2584-23

C12 P

i

IPI **


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* O tamanho do smbolo pode variar de acordo com a necessidade do usurio e do tipodo documento. Sugerimos acima um tamanho de quadrado e crculo para diagramasgrandes. Recomenda-se coerncia.

** As abreviaturas da escolha do usurio, tal como IPI (painel do instrumento n 1), IC2(console do instrumento n 2). CC3 (console do computador n 3) etc... podem serusados quando for necessrio especificar a localizao do instrumento ou da funo.

*** Normalmente, os dispositivos de funes inacessveis ou que se encontram na partetraseira do painel podem ser demonstrados atravs dos mesmos smbolos porm, comlinhas horizontais usando-se os pontilhados.

Exemplo:

**** No obrigado mostrar um alojamento comum.

***** O desenho (losango) apresenta metade do tamanho de um losango grande.

****** Veja ANSI/ISA padro S5.2 para smbolos lgicos especficos.


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MEDIO DE PRESSO

1 - INTRODUO

Como j foi escrito, a instrumentao a cincia que se ocupa em desenvolver e aplicartcnicas de medio, indicao, registro e controle de processos de transformao, visandoa otimizao da eficincia dos mesmos. Essas tcnicas so normalmente suportadasteoricamente em princpios fsicos e ou fsico-qumicos e utiliza-se das mais avanadastecnologias de fabricao para viabilizar os diversos tipos de medio de variveisindustriais. Dentre essas variveis encontra-se a presso cuja medio possibilita no ssua monitorao e controle como tambm de outras variveis tais como nvel, vazo edensidade. Assim por ser sua compreenso bsica para o entendimento de outras reas dainstrumentao iniciaremos revisando alguns conceitos fsicos importantes para medio depresso.

2 - DEFINIES BSICAS

2.1 - SlidoToda matria cuja forma no muda facilmente quando submetida uma fora.

2.2 - LquidosToda matria cuja forma pode ser mudada facilmente quando submetida uma fora, pormsem mudar o volume.

2.3 - GsToda matria cuja forma e volume podem ser mudadas facilmente quando submetida fora.

2.4 - FluidoToda matria cuja forma pode ser mudada e por isso capaz de se deslocar. Ao ato de sedeslocar caracterizado como escoamento e assim chamado de fluido.

2.5 - Massa EspecficaTambm chamada de densidade absoluta a relao entre a massa e o volume de uma

determinada substncia. representada pela letra R () e no SI pela unidade (kg/m3

).

2.6 - Densidade RelativaRelao entre massa especfica de uma substncia A e a massa especfica de umasubstncia de referncia, tomadas mesma condio de temperatura e presso.

Nota:1 - Para lquidos a densidade de uma substncia tem como referncia a gua destilada a

4C e 1 atm cujo valor foi convencionado ser igual a unidade.2 - Para gases e vapores a densidade de uma substncia tem como referncia o ar a 15C e

1 atm cujo valor foi convencionado ser igual a unidade.


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2.7 - Peso EspecficoRelao entre peso e o volume de uma determinada substncia. representado pela letragama () e cuja unidade usual kgf/m3.

2.8 - Gravidade EspecficaRelao entre a massa de uma substncia e a massa de um mesmo volume de gua,ambos tomadas mesma temperatura.

3 - PRINCPIOS, LEIS E TEOREMAS DA FSICA UTILIZADAS NA MEDIO DEPRESSO

3.1 - Lei da Conservao de Energia (Teorema de Bernoulli)Esse teorema foi estabelecido por Bernoulli em 1738 e relaciona as energias potenciais e

cinticas de um fluido ideal ou seja, sem viscosidade e incompressvel. Atravs desseteorema pode-se concluir que para um fluido perfeito, toda forma de energia pode sertransformada em outra, permanecendo constante sua somatria ao longo de uma linha decorrente. Assim sua equao representativa :

P1 + . V21 + . g . h1 = P2 + . V

22 + g . h2 = cte

Essa equao pode ser simplificada em funo das seguintes situaes:

a) Se a corrente for constante na direo horizontal, teremos:

P1 + . V21 = P2 + . V

22 = cte

b) Se a velocidade nula e assim o fluido se encontra em repouso, teremos:P1 + gh1 = P2 + gh2 = cte

3.2 - Teorema de Stevin

Esse teorema foi estabelecido por STEVIN e relaciona as presses estticas exercidas porum fluido em repouso com a altura da coluna do mesmo em um determinado reservatrio.Seu enunciado diz:

A diferena de presso entre dois pontos de um fluido em repouso igual ao produto do

peso especfico do fluido pela diferena de cota entre os dois pontos.

Fig. 1

P2 - P1 = P = (h2 - h1) .

Observao1. Este teorema s vlido para fluidos em repouso.2. A diferena de cotas entre dois pontos deve ser feita navertical.


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3.3 - Princpio de PascalA presso exercida em qualquer ponto de um lquido em forma esttica, se transmiteintegralmente em todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais.

Devido serem os fluidos praticamente incompressveis, a fora mecnica desenvolvida emum fluido sob presso pode ser transmitida.

Fig. 2

Se aplicarmos uma fora F1 = 10 kgf sobre o pisto 1, o pisto 2 levantar um peso de 50kgf devido ter o mesmo uma rea 5 vezes maior que a rea do pisto 1.

P1 = F1 e P2 = F2 como P1 = P2 F1 = F2A1 A2 A1 A2

Outra relao:

O volume deslocado ser o mesmo.V1 = A1 x h1 V2 = A2 x h2 A1 x h1 = A2h2

Exemplo:Sabendo-se que F1 = 20 kgf, A1 = 100 cm

2 e A2 = 10cm2, calcular F2.

F1 = F2 F2 = F1 x A2 = 20 x 10 kfg x cm2 F2 = 2 kgf

A1 A2 A1 100 cm2


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3.4 - Equao ManomtricaEsta equao relaciona as presses aplicadas nos ramos de uma coluna de medio e

altura de coluna do lquido deslocado. A equao apresenta-se como a expressomatemtica resultante dessa relao.

Fig. 3

P1 + (h1 . ) = P2 + (h2 . ) P1 - P2 = . (h2 - h1)

4 - DEFINIO DE PRESSOPode ser definida como sendo a relao entre uma fora aplicada perpendicularmente (90) uma rea (fig. 4) e expressa pela seguinte equao:

P = F = Fora 10 KgfA rea

1 cm

1 cmFig. 4 Exemplo de aplicao de uma fora em uma superfcie (10 Kgf/cm2).

A presso pode ser tambm expressa como a somatria da presso esttica e pressodinmica e assim chamada de presso total.

4.1 - Presso Esttica a presso exercida em um ponto, em fluidos estticos, que transmitida integralmente em

todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais.

4.2 - Presso Dinmica a presso exercida por um fluido em movimento paralelo sua corrente. A pressodinmica representada pela seguinte equao:

Pd = 1 . . V2 (N/m2)2

4.3 - Presso total a presso resultante da somatria das presses estticas e dinmicas exercidas por umfluido que se encontra em movimento.


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4.4 - Tipos de Presso MedidasA presso medida pode ser representada pela presso absoluta, manomtrica oudiferencial. A escolha de uma destas trs depende do objetivo da medio. A seguir serdefinido cada tipo, bem como suas inter-relaes e unidades utilizadas para represent-las.

4.4.1 - Presso absoluta a presso positiva a partir do vcuo perfeito, ou seja, a soma da presso atmosfrica dolocal e a presso manomtrica. Geralmente coloca-se a letra A aps a unidade. Mas quandorepresentamos presso abaixo da presso atmosfrica por presso absoluta, esta denominada grau de vcuo ou presso baromtrica.

4.4.2 - Presso manomtrica a presso medida em relao presso atmosfrica existente no local, podendo serpositiva ou negativa. Geralmente se coloca a letra G aps a unidade para represent-la.Quando se fala em uma presso negativa, em relao a presso atmosfrica chamamospresso de vcuo.

4.4.3 - Presso diferencial o resultado da diferena de duas presses medidas. Em outras palavras, a pressomedida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referncia da presso atmosfrica.

4.4.4 - Relao entre Tipos de Presso MedidaA figura abaixo mostra graficamente a relao entre os trs tipos de presso medida.

Fig. 5 - Relao entre tipos de presso.


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4.5 - Unidades de Presso

A presso possui vrios tipos de unidade. Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacionale unidade do sistema de coluna de lquido so utilizados tendo como referncia a pressoatmosfrica e so escolhidas, dependendo da rea de utilizao, tipos de medida depresso, faixa de medio, etc.

Em geral so utilizados para medio de presso, as unidades Pa, N/m, kgf/cm, mHg,mH2O, lbf/pol

2,Atm e bar.

A seleo da unidade livre, mas geralmente deve-se escolher uma grandeza para que ovalor medido possa estar na faixa de 0,1 a 1000. Assim, as sete unidades anteriormentemencionadas, alm dos casos especiais, so necessrias e suficiente para cobrir as faixasde presso utilizadas no campo da instrumentao industrial. Suas relaes podem serencontradas na tabela de converso a seguir.

TABELA 1 - Converso de Unidades de Presso

Kgf/cm lbf/pol BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O kpa

Kgf/cm 1 14,233 0,9807 28,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665

lbf/pol 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 70329 6,895

BAR 1,0197 14,504 1 29,53 401,6 0,98692 750,06 10200 100

Pol Hg 0,0345 0,4911 0,03386 1 13,599 0,0334 25,399 345,40 3,3863

Pol H2O 0,002537 0,03609 0,00249 0,07348 1 0,002456 1,8665 25,399 0,24884

ATM 1,0332 14,696 1,0133 29,921 406,933 1 760,05 10335 101,325

mmHg 0,00135 0,019337 0,00133 0,03937 0,5354 0,001316 1 13,598 0,13332

mmH2O 0,000099 0,00142 0,00098 0,00289 0,03937 0,00009 0,07353 1 0,0098

Kpa 0,010197 0,14504 0,01 0,29539 4,0158 0,009869 7,50062 101,998 1

H2O 60FHg 32F

5 - TCNICAS DE MEDIO DE PRESSO

5.1 - IntroduoA medio de uma varivel de processo feita, sempre, baseada em princpios fsicos ouqumicos e nas modificaes que sofrem as matrias quando sujeitas s alteraes

impostas por essa varivel. A medio da varivel presso pode ser realizada baseada emvrios princpios, cuja escolha est sempre associada s condies da aplicao. Nessetpico sero abordadas as principais tcnicas e princpios de sua medio com objetivo defacilitar a anlise e escolha do tipo mais adequado para cada aplicao.

5.2 Composio dos Medidores de PressoOs medidores de presso de um modo geral podem ser divididos em trs partes, sendofabricado pela associao destas partes ou mesmo incorporado a conversores e airecebendo o nome de transmissores de presso. As trs partes so:


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Elemen to de rec epo:

Aquele que recebe a presso a ser medida e a transforma em deslocamento ou fora (ex:bourdon, fole, diafragma).

Elemento de transf ernc ia:

Aquele que amplia o deslocamento ou a fora do elemento de recepo ou que transforma omesmo em um sinal nico de transmisso do tipo eltrica ou pneumtica, que enviada aoelemento de indicao (ex: links mecnicos, rel piloto, amplificadores operacionais).

Elemen to de ind icao:

Aquele que recebe o sinal do elemento de transferncia e indica ou registra a pressomedida (ex: ponteiros, displays) .

5.3 - Principais Tipos de Medidores

5.3.1 - ManmetrosSo dispositivos utilizados para indicao local de presso e em geral divididos em duaspartes principais: o manmetro de lquidos, que utiliza um lquido como meio para se medir apresso, e o manmetro tipo elstico que utiliza a deformao de um elemento elsticocomo meio para se medir presso.

A tabela 2 classifica os manmetros de acordo com os elementos de recepo.

TIPOS DE MANMETRO ELEMENTOS DE RECEPOMANMETROS DE LQUIDOS TIPO TUBO EM U

TIPO TUBO RETO

TIPO TUBO INCLINADO

MANMETRO ELSTICO TIPO TUBO DE BOURDON

TIPO C

TIPO ESPIRAL

TIPO HELICOIDAL

TIPO DIAFRAGMA

TIPO FOLE

TIPO CPSULA

5.3.1.1 - Manmetro de Lquido

a) Princpio de funcionamento e construo: um instrumento de medio e indicao local de presso baseado na equaomanomtrica. Sua construo simples e de baixo custo. Basicamente constitudo portubo de vidro com rea seccional uniforme, uma escala graduada, um lquido de enchimentoe suportados por uma estrutura de sustentao.O valor de presso medida obtida pela leitura da altura de coluna do lquido deslocado emfuno da intensidade da referida presso aplicada.


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b) Lquidos de enchimentoA princpio qualquer lquido com baixa viscosidade, e no voltil nas condies de medio,pode ser utilizado como lquido de enchimento. Entretanto, na prtica, a gua destilada e omercrio so os lquidos mais utilizados nesses manmetros.

c) Faixa de medioEm funo do peso especfico do lquido de enchimento e tambm da fragilidade do tubo devidro que limita seu tamanho, esse instrumento utilizado somente para medio de baixaspresses.Em termos prticos, a altura de coluna mxima disponvel no mercado de 2 metros eassim a presso mxima medida de 2 mH2O caso se utilize gua destilada, e 2 mHg comutilizao do mercrio.

d) Condio de leitura (formao de menisco)O mercrio e a gua so os lquidos mais utilizados para os manmetros de lquidos e temdiferentes formas de menisco (Fig. 6). No caso do mercrio, a leitura feita na parte de cimado menisco, e para a gua na parte de baixo do menisco. A formao do menisco devidoao fenmeno de tubo capilar, que causado pela tenso superficial do lquido e pela relaoentre a adeso lquido-slido e a coeso do lquido.Num lquido que molha o slido (gua) tem-se uma adeso maior que a coeso. A ao datenso superficial neste caso obriga o lquido a subir dentro de um pequeno tubo vertical.Para lquidos que no molham o slido (mercrio), a tenso superficial tende a rebaixar omenisco num pequeno tubo vertical. A tenso superficial dentro do tubo no tem relaocom a presso, precisando assim de compensao.

Fig. 6 - Forma de menisco

e) Influncia da temperatura na leituraComo a medio de presso utilizando manmetro de lquido depende do peso especfico

do mesmo, a temperatura do ambiente onde o instrumento est instalado ir influenciar noresultado da leitura e portanto sua variao, caso ocorra, deve ser compensada.Isto necessrio, pois na construo da escala levado em considerao a massaespecfica do lquido a uma temperatura de referncia.Se o lquido utilizado for o mercrio, normalmente considera-se como temperatura dereferncia 0C e assim sua massa especfica ser 13.595,1 kg/m3.Se for gua destilada o lquido utilizado considera-se como temperatura de referncia 4C eassim sua massa especfica ser 1.000,0 kg/cm3.Na prtica, utiliza-se a temperatura de 20C como referncia e esta deve ser escrita naescala de presso.


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6 - TIPOS DE MANMETRO LQUIDO

6.1 - Manmetro tipo Coluna em U

O tubo em U um dos medidores de presso mais simples entre os medidores para baixapresso. constitudo por um tubo de material transparente (geralmente vidro) recurvadoem forma de U e fixado sobre uma escala graduada. A figura 7 mostra trs formas bsicas.

Fig. 7 - Manmetro tipo coluna U

No tipo ( a ), o zero da escala est no mesmo plano horizontal que a superfcie do lquidoquando as presses P1 e P2 so iguais. Neste caso, a superfcie do lquido desce no lado dealta presso e, consequentemente sobe no lado de baixa presso. A leitura se faz, somandoa quantidade deslocada a partir do zero nos lados de alta e baixa presso.

No tipo ( b ), o ajuste de zero feito em relao ao lado de alta presso. Neste tipo hnecessidade de se ajustar a escala a cada mudana de presso.

No tipo ( c ) a leitura feita a partir do ponto mnimo da superfcie do lquido no lado de altapresso, subtrada do ponto mximo do lado de baixa presso.A leitura pode ser feita simplesmente medindo o deslocamento do lado de baixa presso apartir do mesmo nvel do lado de alta presso, tomando como referncia o zero da escala.

6.2 - Manmetro tipo Coluna Reta VerticalO emprego deste manmetro idntico ao do tubo em U.Nesse manmetro as reas dos ramos da coluna so diferentes, sendo a presso maior

aplicada normalmente no lado da maior rea.Essa presso, aplicada no ramo de rea maior provoca um pequeno deslocamento dolquido na mesma, fazendo com que o deslocamento no outro ramo seja bem maior, face ovolume deslocado ser o mesmo e sua rea bem menor. Chamando as reas do ramo reto edo ramo de maior rea de a e A respectivamente e aplicando presses P1 e P2 em suasextremidades teremos pela equao manomtrica:

P1 - P2 = (h2 + h1)Como o volume deslocado o mesmo, teremos:

A . h1 = a . h2 h1 = a . h2A


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Substituindo o valor de h1 na equao manomtrica, teremos:

P1 - P2 = . h2 (1 + a )A

Como A muito maior que a, equao anterior pode ser simplificado e reescrita. Assimteremos a seguinte equao utilizada para clculo da presso.

P1 - P2 = . h2

Fig. 8 - Manmetro tipo coluna reta vertical

6.3 - Manmetro tipo Coluna Inclinada

Este Manmetro utilizado para medir baixas presses na ordem de 50 mmH2O. Suaconstruo feita inclinando um tubo reto de pequeno dimetro, de modo a medir com boapreciso presses em funo do deslocamento do lquido dentro do tubo. A vantagemadicional a de expandir a escala de leitura o que muitas vezes conveniente paramedies de pequenas presses com boa preciso( 0,02 mmH2O).

A figura 9 representa o croqui construtivo desse manmetro, onde o ngulo deinclinao e a e A so reas dos ramos.

P1 e P2 so as presses aplicadas, sendo P1> P2.Sendo a quantidade deslocada, em volume, a mesma e tendo os ramos reas diferentes,

teremos:


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P1 - P2 = . l ( a + sen ) pois h2 = l . sen A

Fig. 9 - Manmetro tipo tubo inclinado

Consequentemente, a proporo da diferena entre as alturas das duas superfcies dolquido :

1 = 1 = 1

h h1 + h2 a + sen A

O movimento da superfcie do lquido ampliado de 1 __ vezes para cada tipo de tuboreto. a sen

A

Quanto menores forem a/A e , maior ser a taxa de ampliao. Devido s influncias dofenmeno de tubo capilar, uniformidade do tubo, etc. recomendvel utilizar o grau deinclinao de aproximadamente 1/10. A leitura neste tipo de manmetro feita com omenismo na posio vertical em relao ao tubo reto. O dimetro interno do tubo reto de 2~ 3mm, a faixa de utilizao de aproximadamente 10 ~ 50mm H2O, e utilizado comopadro nas medies de micropresso.

6.4 - APLICAOOs manmetros de lquido foram largamente utilizados na medio de presso, nvel evazo nos primrdios da instrumentao. Hoje, com o advento de outras tecnologias quepermitem leituras remotas, a aplicao destes instrumentos na rea industrial se limite alocais ou processos cujos valores medidos no so cruciais no resultado do processo ou alocais cuja distncia da sala de controle inviabiliza a instalao de outro tipo de instrumento.Porm, nos laboratrios de calibrao que ainda encontramos sua grande utilizao, poispodem ser tratados como padres.


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7 - MANMETRO TIPO ELSTICO

Este tipo de instrumento de medio de presso baseia-se na lei de Hooke sobreelasticidade dos materiais.Em 1676, Robert Hook estabeleceu essa lei que relaciona a fora aplicada em um corpo e adeformao por ele sofrida. Em seu enunciado ele disse: o mdulo da fora aplicada em umcorpo proporcional deformao provocada.Essa deformao pode ser dividida em elstica (determinada pelo limite de elasticidade), eplstica ou permanente.Os medidores de presso tipo elstico so submetidos a valores de presso sempre abaixodo limite de elasticidade, pois assim cessada a fora a ele submetida o medidor retorna asua posio inicial sem perder suas caractersticas.

Esses medidores podem ser classificados em dois tipos, quais sejam:1) Conversor da deformao do elemento de recepo de presso em sinal eltrico ou

pneumtico.2) Indicador/amplificador da deformao do elemento de recepo atravs da converso de

deslocamento linear em ngulos utilizando dispositivos mecnicos.

a) Funcionamento do medidor tipo elsticoO elemento de recepo de presso tipo elstico sofre deformao tanto maior quanto apresso aplicada. Esta deformao medida por dispositivos mecnicos, eltricos oueletrnicos.

O elemento de recepo de presso tipo elstico, comumente chamado de manmetro, aquele que mede a deformao elstica sofrida quando est submetido a uma foraresultante da presso aplicada sobre uma rea especfica.Essa deformao provoca um deslocamento linear que convertido de forma proporcional aum deslocamento angular atravs de mecanismo especfico. Ao deslocamento angular anexado um ponteiro que percorre uma escala linear e cuja faixa representa a faixa demedio do elemento de recepo.

b) Principais tipos de elementos de recepoA tabela abaixo mostra os principais tipos de elementos de recepo utilizados na mediode presso baseada na deformao elstica, bem como sua aplicao e faixa recomendvelde trabalho.

ELEMENTO RECEPO DEPRESSO

APLICAO / RESTRIO FAIXA DE PRESSO(MX)

Tubo de Bourdon No apropriado paramicropresso

~ 1000 kgf/cm2

Diafragma Baixa presso ~ 3 kgf/cm2

Fole Baixa e mdia presso ~ 10 kgf/cm2

Cpsula Micropresso ~ 300 mmH2O


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7.1 - Manmetro Tubo Bourdon

a) Construo e caracterstica do tubo de BourdonTubo de Bourdon consiste em um tubo com seo oval, que poder estar disposto em formade C, espiral ou helicoidal (Fig. Abaixo ), tem uma de sua extremidade fechada, estando aoutra aberta presso a ser medida.Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular resultandoum movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento atravs de engrenagens transmitido a um ponteiro que ir indicar uma medida de presso em uma escala graduada.A construo bsica, o mecanismo interno e seo de tubo de Bourdo, so mostrados nasfiguras 11, 12, 13 e 14.

Fig. 11 - Construo bsica do manmetro de Bourdon tipo C.

Fig. 12 - Mecanismo interno Fig. 13 - Seo de Bourdon

Bourdon C Bourdon EspiralBourdon Helicoidal


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b) Material de Bourdon

De acordo com a faixa de presso a ser medida e a compatibilidade com o fluido quedeterminamos o tipo de material a ser utilizado na confeco de Bourdon. A tabela a seguirindica os materiais mais utilizados na confeco do tubo de Bourdon.

MATERIAL COMPOSIO COEFICIENTE DEELASTICIDADE

FAIXA DEUTILIZAO

Bronze

Alumibras

Ao Inox

Bronze Fosforoso

Cobre berlio

Liga de Ao

Cu 60 ~ 71 e Zn

Cu 76, Zn 22, Al12

Ni 10 ~ 14, Cr 16 ~ 18 e Fe

Cu 92, Sn 8, P 0.03

Be 1 ~ 2, Co 0,35 e Cu

Cr 0.9 ~ 1.2, Mo 0.15 ~ 30 e Fe

1.1 x 108 kgf/cm2

1.1 x 104

1.8 x 104

1.4 x 104

1.3 x 104

2.1 x 104

~ 50 kgf/cm2

~ 50

~ 700

~ 50

~ 700

700 ~

c) Faixa de operao recomendvel

Com exceo dos manmetros utilizados como padro, a presso normal medida deve estarprxima a 75% da escala mxima quando essa varivel for esttica e prxima a 60% daescala mxima para o caso de medio de presso varivel.

d)Tipos construtivos de manmetros Bourdon

d.1) Manmetro Fechado

Esse tipo tem duas aplicaes tpicas. Uma paralocais exposto ao tempo e outra em locaissujeitos a presso pulsantes.No primeiro caso, a caixa constitudacom um grau de proteo, definida por norma,que garante a condio de hermeticamente fechada.Podendo, portanto esse manmetro estar sujeito aatmosfera contendo p em suspenso e/ou

jateamento de gua.No segundo caso, a caixa preenchida em 2/3com leo ou glicerina para proteger o Bourdon eo mecanismo interno do manmetro contrapresses pulsantes ou vibraes mecnicas.Esse enchimento aumenta a vida til do manmetro.


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d.2) Manmetro com selagem lquidaEm processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, txicos, sujeitos altatemperatura e/ou radioativos, a medio de presso com manmetro tipo elstico se tornaimpraticvel pois o Bourdon no adequado para essa aplicao, seja em funo dosefeitos da deformao proveniente da temperatura, seja pela dificuldade de escoamento defluidos viscosos ou seja pelo ataque qumico de fluidos corrosivos. Nesse caso, a soluo recorrer a utilizao de algum tipo de isolao para impedir o contato direto do fluido doprocesso com o Bourdon. Existem basicamente dois tipos de isolao, (que tecnicamente chamado de selagem), utilizada. Um com selagem lquida, utilizando um fluido lquido inerteem contato com o Bourdon e que no se mistura com o fluido do processo. Nesse caso usado um pote de selagem conforme figura 19. Outro, tambm com selagem lquida pormutilizando um diafragma como selo. O fluido de selagem mais utilizado nesse caso aglicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos. Este mtodo o mais utilizado e j fornecido pelos fabricantes quando solicitados, um exemplo desse tipo mostrado na figura20.

Fig. 20 - Manmetro com selo de diafragma


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e) Acessrios para manmetro tipo Bourdon

e.1) Amortecedores de pulsao

Os amortecedores de pulsao tem por finalidade restringir a passagem do fluido doprocesso at um ponto ideal em que a freqncia de pulsao se torne nula ou quase nula.Esse acessrio instalado em conjunto com o manmetro com objetivo de estabilizar oudiminuir as oscilaes do ponteiro em funo do sinal pulsante. Esta estabilizao doponteiro possibilita a leitura da presso e tambm aumenta a vida til do instrumento.Os amortecedores de pulsao podem ser adquiridos com restrio fixa ou ajustveis. Afigura 21 mostra alguns tipos de amortecedores de pulsao encontrados no mercado.

A B C DFig. 21 - Amortecedores de pulsao

A - amortecedor de pulsao ajustvel, dotado de disco interno com perfurao de dimetrovarivel. Atravs da seleo dos orifcios do disco interno, escolhe-se o que apresentamelhor desempenho.B - Amortecedor de pulsao no ajustvel, dotado de capilar interno de inox.

C - Amortecedor de golpes de ariete, com corpo de lato e esfera bloqueadora de ao.D - Vlvula de agulha, supressora de pulsao com regulagem externa. Para encontra oponto de melhor desempenho, abre-se a vlvula quase totalmente, em seguida vai-sefechando gradativamente, at que o ponteiro do instrumento estabilize.

e.2) SifesOs sifes so utilizados, alm de selo, para isolar o calor das linhas de vapor dgua oulquidos muito quentes, cuja temperatura supera o limite previsto para o instrumento depresso. O lquido que fica retido na curva do tubo-sifo esfria e essa poro de lquidoque ir ter contato com o sensor elstico do instrumento, no permitindo que a altatemperatura do processo atinja diretamente o mesmo.

A - Cachimbo B - Rabo de Porco C - Bobina D - Alta PressoFig. 22 - Tipos de Sifo


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e.3) Supressor de pressoEsse acessrio tem por finalidade proteger os manmetros de presses que ultrapassemocasionalmente, as condies normais de operao. Ele recomendvel nesses casos paraevitar ruptura do elemento de presso.Seu bloqueio est relacionado com a velocidade do incremento de presso. Seu ponto deajuste deve ser atingido de modo que com incremento lento de presso seu bloqueio se dentre 80 a 120% do valor da escala. Nesta condio, o bloqueio se dar em qualquer valorinferior a 80% no caso de incrementos rpidos de presso.Para manmetros com escala inferior a 3 kgf/cm2 seu bloqueio poder situar-se em at130% do valor da escala.

Fig. 23 - Supressor de Presso

f - Manmetro tipo Fole

Fole um dispositivo que possui ruga no crculo exterior de acordo com a figura 25 que tema possibilidade de expandir-se e contrair-se em funo de presses aplicadas no sentido doeixo.A vida til do fole, em funo da repetibilidade presso constante, quantidade deexpanso e construo representada pelo nmero de vezes at a quebra.

Fig. 24 - Foles

A figura 25 mostra um exemplo de construo do manmetro tipo fole. Sendo adicionadouma presso na parte interna do fole, a extremidade livre desloca-se. Este deslocamento transferido ao LINK e setor, atravs da alavanca fazendo com que o ponteiro se desloque.


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Fig. 25 - Manmetro tipo fole

Os metais usados na construo dos foles devem ser suficientemente finos para teremflexibilidade, dcteis para uma fabricao razoavelmente fcil e devem ter uma altaexistncia fadiga. Os materiais comumente usados so lato, bronze, cobre-berlio, ligasde nquel e cobre, ao e monel.

g) Manmetro tipo CpsulaConstitui-se de um receptculo fechado onde se juntam dois diafragmas na superfcieinterior, e assim, como no caso do fole, introduz-se uma presso que se queira medir naparte interior da cpsula. Figura 26.

Figura 26 - Cpsula de diafragma Manmetro composto de 6 capsulas em srie

Com a introduo de presso na unidade de recepo, a cpsula de diafragma desloca-se eempurra o LINK (figura 27). O deslocamento transmitido ao pinho e ponteiro atravs dosetor. Pelo lado S da caixa, se tiver presso atmosfrica, pode-se medir a presso efetiva,se tiver vcuo, pode-se medir a presso absoluta, se tiver presso absoluta pode-se medir a

presso diferencial.


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Estes manmetros so apropriados para medio de gases e vapores no corrosivos e soutilizados para medir baixa e micropresso.O material utilizado para a confeco da cpsula bronze fosforoso, cobre-berlio, aoinoxidvel ou monel.

Fig. 27 - Manmetro tipo Cpsula.

f) Manmetro tipo Diafragma

Diafragma um disco circular utilizado para medir presses geralmente de pequenasamplitudes. uma membrana fina de material elstico, metlico ou no. No manmetro tipodiafragma esta membrana fica sempre oposta a uma mola. Ao aplicar-se uma presso nodiafragma haver um deslocamento do mesmo at um ponto onde a fora da mola seequilibrar com a fora elstica do diafragma. Este deslocamento resultante transmitido a

um sistema com indicao (ponteiro) que mostra a medio efetuada. Sua construo mostrada na figura 28.Em geral os materiais utilizados na confeco de diafragma so ao inoxidvel comresistncia corroso, tntalo, lato, bronze fosforoso, monel, neoprene, teflon, etc.

Fig. 28 - Manmetro tipo Diafragma


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8 - MANMETRO PADROOs manmetros utilizados como padro devem ter preciso superior em relao aosmanmetros que sero calibrados.De acordo com as normas de medio, obriga-se a utilizar instrumentos padres que foramaprovados em inspeo.Dois tipos de manmetros foram aprovados como padro: manmetro tipo coluna, emanmetro tipo peso morto (peso esttico).

8.1 - Manmetro tipo coluna lquidaFuncionamento e princpio de medio j foram mencionados anteriormente. A capacidademxima de presso que se pode medir com este tipo de manmetro 2,2 kgf/cm 2 e suatolerncia de 1/400 do valor da presso mxima.

8.2 - Manmetro tipo peso mortoO manmetro tipo peso morto, tambm denominado de manmetro de peso esttico, utilizado para calibrar medidores de presso tipo elstico, tais como tubo de bourdon, etc., ecomo manmetro padro de altas presses. Na figura 29 com a vlvula agulha doreservatrio de leo aberta, o leo contido no reservatrio sugado por meio do volantefixado no pisto roscado. Em seguida fecha-se a vlvula do reservatrio e comprime o leoexistente dentro do cilindro girando o volante da bomba de pressurizao. A pressoaplicada faz com que o leo suba no lado onde se est aplicando o peso e no lado onde selocaliza o manmetro a ser ajustado.Quando o peso se equilibra com a presso aplicada ajusta-se o manmetro. A presso doleo P indicada na equao abaixo.

P = W/A (kgf/cm2)

Onde:W = peso (kgf) do mbolo e peso aplicadoA = rea efetiva de recepo da presso de mboloP = presso

Por isso, medindo-se antecipadamente a rea efetiva de recepo de presso A, pode-seobter a presso equivalente ao peso. Se no manmetro tipo peso morto escolher a reaefetiva de recepo de presso A, pode-se aumentar a faixa de medio e obter-se apresso com alta preciso e de faixa ampla de 3000 kgf/cm2 (aproximadamente 294 MPa)at 0,005 kgf/cm2 (aproximadamente 490 Pa).


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Fig. 29- Calibrador tipo peso morto

Para diminuir a resistncia entre o embolo e o cilindro gira-se devagar o peso com a forade 1/3 da presso mxima, mantendo a rotao constante por 20 segundos. Caso se testemanmetros que no permitam a utilizao de leo, deve-se utilizar um sistema que isole oleo do elemento sensor.


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9. INSTRUMENTO DE TRANSMISSO DE SINAL

Os instrumentos de transmisso de sinal de presso tem a funo de enviar informaes distncia das condies atuais de processo dessa varivel. Essas informaes so enviadas, de forma padronizada, atravs de diversos tipos de sinais e utilizando sempre um doselementos sensores j estudado anteriormente (fole, diafragma, capsula, etc...) associadosa conversores cuja finalidade principal transformar as variaes de presso detectadaspelos elementos sensores em sinais padres de transmisso.

9.1 - Tipos de transmissores de presso

9.1.1 - Transmissores pneumticos

Esses transmissores, pioneiros na instrumentao, possui um elemento de transferenciaque converte o sinal detectado pelo elemento receptor de presso em um sinal detransmisso pneumtico. A faixa padro de transmisso (pelo sistema internacional) de 20a 100 kPa, porm na prtica so usados outros padres equivalentes de transmisso taiscomo 3 ~ 15 psi, 0,2 a 1,0 kgf/cm2 e 0,2 a1,0 bar.

A alimentao do instrumento denominada de suprimento de ar, normalmente de 1,4kgf/cm2 . Em instrumentos industriais o ar de suprimento vindo da fonte (compressor) deveser limpo e constante, contribuindo com isto para aumentar a vida do instrumento bem comoproporcionar o seu bom funcionamento. Por isso, se faz necessrio controlar o ambiente aoredor do compressor para obter satisfatoriamente o ar de suprimento.Os transmissores pneumticos so fabricados a partir de dois mtodos de converso desinal.

So eles:

a) Mtodo de equilbrio de fora (fig. 30)

b) Mtodo de equilbrio de movimento (fig. 31)

Em ambos os casos, um mecanismo constitudos por uma lmina metlica denominada depalheta e por um orifcio especfico de exausto de ar denominado de bico, doravantechamado sistema bico-palheta, utilizado como elemento de converso e um dispositivoamplificador de sinais pneumticos, denominado rel piloto utilizado para prover a sadade um sinal linear varivel de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 . Completa esse instrumento um fole derealimentao cuja funo garantir as condies de equilbrio do instrumento.

A diferena bsica entre esses dois mtodos est somente na forma com que o sinaldetectado convertido. No mtodo de equilbrio de fora o bico se mantm fixo e somente apalheta se afasta ou se aproxima do mesmo para ganhar uma contrapresso proporcional detectada, contrapresso essa que ser amplificada pelo rel piloto.


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No mtodo de equilbrio de movimento tanto o bico quanto a palheta se movimentam paraobter a contrapresso correspondente presso detectada.

Fig. 30 - Mtodo de equilbrio de Movimento ou Posio Fig. 31 - Mtodo de equilbrio de fora (equilbrio de vetor).

9.1.2 - Transmissores eletrnicos analgicos

Esses transmissores, sucessores dos pneumticos, possui elementos de deteco similaresao pneumtico porm utiliza elementos de transferencia que convertem o sinal de pressodetectado em sinal eltrico padronizado de 4 a 20 mAdc. Existem vrios princpios fsicosrelacionados com a variaes de presso que podem ser utilizados como elemento detransferncia. Os mais utilizados nos transmissores mais recentes so:

a) Fita Extensiomtrica (Strain Gauge) um dispositivo que mede a deformao elstica sofrida pelos slidos quando estes sosubmetidos ao esforo de trao ou compresso. So na realidade fitas metlicas fixadasadequadamente nas faces de um corpo a ser submetido ao esforo de trao oucompresso e que tem sua seo transversal e seu comprimento alterado devido a esseesforo imposto ao corpo. Essas fitas so interligadas em um circuito tipo ponte deWHEATSTONE ajustada e balanceada para condio inicial e que ao ter os valores deresistncia da fita mudada com a presso, sofre desbalanceamento proporcional variaodesta presso. So utilizadas na confeco destas fitas extensiomtricas, metais quepossuem baixo coeficiente de temperatura para que exista uma relao linear entreresistncia e tenso numa faixa mais ampla. Vrios so os metais utilizados na confeco

da fita extensiomtrica. Como referncia, a tabela abaixo mostra alguns destes metais.

DENOMINAO CONSTITUIO (LIGA) FAIXA DE TEMPERATURA

Constantan Cobre - Nquel + 10 ~ 204 C

Karma Cobre - Nquel Aditivado At 427C

479 Pt Platina - Tungstnio At 649C

Nichrome V Nquel - Cromo At 649C

Tabela - Material para fabricao de Strain-gange


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O elemento de resistncia que mede presso utilizado como um lado de uma ponte comomostra a figura 32 para indicar a variao de resistncia.Este tipo utilizado como padro para presso maior que 3000 kgf/cm2. Por ter poucahisterese e no possuir atraso de indicao apropriado para medies de pressovarivel.

Fig. 32 - Resistncia eltrica para medio de presso

b) Sensor Piezoeltrico

A medio de presso utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos cristaisassimtricos ao sofrerem uma deformao elstica ao longo do seu eixo axial, produzireminternamente um potencial eltrico causando um fluxo de carga eltrica em um circuitoexterno.A quantidade eltrica produzida proporcional a presso aplicada, sendo ento essarelao linear o que facilita sua utilizao. Outro fator importante para sua utilizao est nofato de se utilizar o efeito piezoeltrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho epeso do transmissor, sem perda de preciso.Cristais de turmalina, cermica Policristalina Sinttica, quartzo e quartzo cultivado podemser utilizado na sua fabricao, porm o quartzo cultivado o mais empregado porapresentar caractersticas ideais de elasticidade e linearidade.


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A figura 34, a seguir, mostra o diagrama simplificado da construo do sensor piezoeltrico.Fig. 34 - Construo Sensor Piezoeltrico

c) Sensor Capacitivo (Clula Capacitiva) o sensor mais utilizado em transmissores de presso. Nele um diafragma de medio semove entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o mvel, existe um lquido deenchimento que funciona como um dieltrico. Como um capacitor de placas paralelas

constitudos por duas placas paralelas separadas por um meio dieltrico, ao sofrer o esforode presso, o diafragma mvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) tem suadistncia em relao ao diafragma modificada. Isso provoca modificao na capacitncia deum circuito de medio, e ento tem-se a medio de presso.Para que ocorra a medio, o circuito eletrnico alimentado por um sinal AC atravs deum oscilador e ento modula-se a freqncia ou a amplitude do sinal em funo davariao de presso para se ter a sada em corrente ou digital. Como lquido de enchimentoutiliza-se normalmente glicerina, ou fluor-oil.

Fig. 35 - Transmissor de presso tipo clula capacitiva


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d) Sensor de silcio ressonante

Esse tipo de sensor utiliza semicondutores de silcio que posto a ressonar em umcampo magntico e cujo valor da freqncia alterado em em funo da pressoaplicada no diafragma de silcio ( vide figura abaixo ). Esse diafragma possui doisressonadores que so submetidos , um ao esforo de trao e outro ao de compresso,alterando desse modo suas freqncias de vibrao. Essas variaes de freqncias, queso proporcionais a presso aplicada , representam o sinal medido, que por serem digitaisapresentam melhor preciso por no necessitarem de conversor A/D, somente o D/A parasaida padro de 4 a 20 mA. Em caso de transmisso digital ( Field Bus Fundation , p.e.),no necessita de nenhuma converso.

2 Sensores de Silcio Ressonante

Ressonador de Silcio

Diafragma de Silcio

Trao Compresso


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m Permanente

Corrente de Excitao

Fora Eletro-Motriz

Sada em Frequn

Campo Magntico

Sensor Ressonante

Diafragma de Silcio

Campo Magntico

100

95

90

85

805.000 10.000Presso Diferencial (mmH2O)

Frequncia(kHz)


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10 - Escolha do Tipo de MedidorQuando se escolher os tipos de medidores de presso, deve-se observar a faixa de pressoa ser medida, a caracterstica qumica do fluido e o local de instalao do instrumento.Devido a baixa preciso de medio, perto do ponto zero e proteo contra sobre presso apropriado escolher um medidor de presso que trabalhe numa faixa de 25 a 70% dapresso mxima desejada.

Outros pontos que se devem observar so os seguintes:a) Na medio de leo e lquidos inflamveis, apropriado utilizar solda na tubulao de

ligao ao instrumento.b) O vapor com alta temperatura corroe o bronze fosforoso e o ao, por isso deve-se utilizar

o medidor com selo dgua.c) O cloro reage com gua e corroe ao e bronze, por isso usa-se um selo de diafragma

para projetar o elemento de recepo de presso.d) A amnia corroe o bronze e o bronze fosforoso, por isso utiliza-se o ao doce.e) No caso de outros lquidos corrosivos, usar medidor tipo diafragma.f) Se em medidor de oxignio utilizar leo, pode ocorrer problema de exploso.g) Se colocar em contato cobre ou combinado de cobre ao medidor de acetileno, acontecer

reao do cobre com acetileno com possibilidade de exploso.

11 - Recomendaes para usoa) Quando escolher o local de instalao conveniente determinar um lugar com pouca

variao de temperatura, perto da origem de medio de presso e de pouca pulsao evibrao.

b) Construir a tubulao mais curta possvel evitando locais onde existe umidade e gasescorrosivos. Deve-se escolher materiais no corrosivos e no oxidantes e deve-seconsiderar a durabilidade da tubulao.

c) Deve-se colocar vlvulas de bloqueio na tomada de impulso de presso para se fazercom facilidade a manuteno.

d) Na medio de gases que condensam com facilidade tais como vapor e gs mido preciso tomar cuidado na colocao de pote de condensao com dreno para evitaracmulo de gua na parte molhada de medidor.


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12 - INSTRUMENTOS PARA ALARME E INTERTRAVAMENTOA varivel presso quando aplicada em um processo industrial qualquer, submete osequipamentos a ela sujeito a esforos de deformao que devem estar sempre abaixo delimites de segurana para que no ocorra ruptura e consequentemente acidentes. A garantiada permanncia dos valores de presso sempre abaixo dos limites de segurana deve serfeito de forma automtica atravs de instrumentos de proteo. No caso da presso, um dosinstrumentos de proteo com grande aplicao e pressostato sobre o qual sero feitasabordagens neste tpico.

12.1 - Pressostato um instrumento de medio de presso utilizado como componente do sistema deproteo de equipamento ou processos industriais. Sua funo bsica de proteger aintegridade de equipamentos contra sobrepresso ou subpresso aplicada aos mesmosdurante o seu funcionamento. constitudo em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave deduas posies (aberto ou fechado).Como elemento sensor, pode-se utilizar qualquer um dos tipos j estudado, sendo o maisutilizado nas diversas aplicaes o diafragma.Como mecanismo de ajuste de set-point utiliza-se na maioria das aplicaes uma mola comfaixa de ajuste selecionada conforme presso de trabalho e ajuste, e em oposio presso aplicada.O mecanismo de mudana de estado mais utilizado o micro interruptor, podendo serutilizado tambm ampola de vidro com mercrio fechando ou abrindo o contato que pode serdo tipo normal aberto ou normal fechado.

13.1.1 - Tipos de Pressostatosa) Diferencial fixo ou ajustvelQuanto ao intervalo entre atuao e desarme os pressostato podem ser fornecidos comdiferencial fixo e diferencial ajustvel.O tipo fixo s oferece um ponto de ajuste, o de set-point, sendo o intervalo entre o ponto deatuao e desarme fixo.O tipo ajustvel permite ajuste de set-point e tambm alterao do intervalo entre o ponto deatuao e desarme do pressostato.

b) Contato SPDT e DPDTQuanto ao tipo de contato disponvel no microinterruptor pode-se selecionar o do tipo SPDTque composto basicamente por um terminal comum, um contato normal aberto (NA) e umcontato normal fechado (NF), ou selecionar o tipo DPDT que composto de duplo contato,ou seja, dois comuns, dois NA e dos NF sendo um reserva do outro.

13.2.1 - Como selecionar corretamente um pressostato1) Vida til do pressostatoA primeira considerao a ser feita na seleo de um pressostato o seu tempo de vida til,independente da presso ou da sensibilidade desejada. Se o nmero de ciclos que opressostato deve operar (vida til), for de um milho de vezes ou menos, o uso dos tiposdiafragma ou bourdon recomendvel. Caso esse nmero seja ultrapassado, deve-se usaro tipo pisto. Uma exceo a essa regra pode ser feita quando a variao de presso nosistema for muito pequena (20% ou menos da faixa ajustvel). Sob tais condies, os tiposdiafragma ou bourdon podem ser usados at 2,5 milhes de ciclos, antes que se d a fadigado elemento sensor.Uma segunda considerao na escolha de um pressostato a velocidade de ciclagem,independente de sua vida til. Se houver a necessidade de uma ciclagem de mais de uma


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vez a cada trs segundos, o tipo pisto deve ser especificado. O elemento sensor dequalquer pressostato dos tipos diafragma ou bourdon age como uma mola a qual ir seaquecer e sofrer fadiga em operao de ciclagem extremamente rpidas, diminuindo assima vida til do pressostato.

2) Pressostato de TesteA escolha do tipo de pressostato a ser usado - diafragma, pisto ou bourdon - deve tambmser regida pela presso de teste a qual podero ser submetidos (Presso de teste o maiorimpulso - pico - de presso que pode ocorrer em um sistema). Deve ser lembrado que,embora o manmetro registre uma presso de operao constante, podem haver impulsosatravs do sistema os quais o manmetro no possue sensibilidade para acusar. Os tiposdiafragma e bourdon so extremamente sensvel e podem ser afetados por esses impulsos.Os pressostatos tipo diafragma so disponveis numa faixa ajustvel desde vcuo at 20Bar, com presses de teste at 70 Bar. O tipo bourdon pode operar at 1.240 Bar, compresses de teste at 1.655 Bar. E os tipos pisto compreendem uma faixa ajustvel que vaiat 825 Bar, com presses de teste at 1.380 Bar.

3) Funo do PressostatoA funo do pressostato outro fator determinante na seleo. Trs tipos de pressostatos,baseados em sua funo, so descritos abaixo:a) Pressostato de 1 contato - atua sobre uma nica variao de presso, abrindo ou

fechando um nico circuito eltrico, por meio da ao reversvel do micro-interruptor.

b) Pressostato diferencial - atua sobre a variao entre 2 presses numa mesma linhacontroladas pelo mesmo instrumento.

c) Pressostato de 2 contatos - atua independentemente sobre dois limites de uma mesmafonte de presso, abrindo ou fechando dois circuitos eltricos independentes por meio daao reversvel de dois interruptores.

4) Tipos de caixa disponveisa) Pressostato com caixa prova de tempo IP65. Podem ser fornecidos tambm com um

bloco de terminais interno para conexes eltricas, evitando a instalao de um bloco determinais externo para a ligao dos cabos.

b) prova de exploso - construdos dentro de rgidos padres de segurana, isolando oscontatos e cabos de atmosferas explosivas.

c) Tipo de pressostato sem caixa, exposto. Adequando s necessidades dos fabricantes de

equipamento, onde prevista proteo especial para o instrumento, pelo usurio.

5) Seleo da faixa ajustvelO termo faixa de trabalho define a faixa de presso na qual o pressostato ir operar emcondies normais de trabalho, sendo esta normalmente chamada de faixa ajustvel.Para maior preciso, o ponto de atuao deve situar-se acima de 65% da faixa ajustvel.Para maior durabilidade, o ponto de atuao deve situar-se abaixo de 65% da mesma (vergrfico abaixo). A melhor combinao de preciso e durabilidade situa-se nos 30% centraisda faixa ajustvel. Essa regra geral aplica-se a ambos os modelos, diafragma e bourdon.


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1. Para preciso e durabilidade selecionar zona A2. Para durabilidade selecionar zona C

6) Grau de ProteoEspecifica a proteo quanto a entrada de corpos slidos e penetrao de gua nos orifciosexistentes no motor, responsveis pela refrigerao do mesmo.O grau de proteo segundo a ABNT indicado pelas letras IP seguidas de dois algarismos.

a) Primeiro algarismo0 - sem proteo;1 - corpos slidos com dimenses acima de 50 mm;2 - corpos slidos com dimenses acima de 12 mm;3 - corpos slidos com dimenses acima de 2,5 mm;4 - corpos slidos com dimenses acima de 1,0 mm;5 - proteo contra o acmulo de poeira;6 - proteo contra penetrao de poeira.

b) Segundo algarismo0 - sem proteo;1 - pingos de gua na vertical;2 - pingos de gua at inclinao de 15 com a vertical;3 - gua de chuva ate a inclinao de 60 com a vertical;4 - respingos em todas as direes;5 - jatos de gua em todas as direes;6 - imerso temporria.


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7) Classificao de Blindagens segundo normas da National Electrical ManufacturerAssociation - NEMANEMA 4 - Estanque e jatos de guaNEMA 13 - Invlucro a prova de poeira mas no estanqueNEMA 7 - Invlucro a prova de exploso - Classe INEMA 9 - Invlucro a prova de exploso - Classe II

Classificao das misturas atmosfricas e ambientes inflamveis agrupados segundoclassificao do National Eletrical Code - NEC

CLASSE IAmbientes nos quais gases e vapores esto ou podem estar presentes no ar emquantidades suficientes para produzir misturas explosivas ou passveis de ignio.

DIVISO 1a)Ambientes nos quais a concentrao perigosa de gases e vapores inflamveis existe

continuamente, intermitentemente ou periodicamente, sob condies normais detrabalho.

b)Ambientes nos quais essas concentraes podem existir frequentemente devido areparos, manuteno ou vazamentos.

c) Ambientes nos quais o desarranjo ou falha no funcionamento do equipamento ouprocesso poder permitir uma concentrao perigosa de gases ou vapores inflamveis,podendo, simultaneamente ocorrer uma falha no sistema eltrico.

DIVISO 2a)Ambientes nos quais lquidos volteis, gases ou vapores so confinados em recipientes

fechados ou sistemas fechados, dos quais esses fluidos podem se libertar somente em

caso de ruptura acidental ou desarranjo de tais recipientes ou sistemas ou em casos defuncionamento anormal do equipamento.b)Ambientes nos quais a concentrao perigosa de gases e vapores normalmente

evitada atravs de ventilao mecnica eficiente mas pode se tornar perigosa por falta oumau funcionamento desse sistema.

c) Ambiente prximos aos ambientes referidos na classe I, diviso 2 e aos quais aconcentrao de gases e vapores pode se estender embora esse fenmeno tenha sidoevitado por uma ventilao eficiente proveniente de uma fonte de ar puro e por medida desegurana no caso de uma falha no sistema de ventilao.

CLASSE IIAmbientes perigosos devido a presena de poeiras combustveis.

DIVISO 1a)Ambientes nos quais poeiras combustveis esto ou podem estar em suspenso no ar,

continuamente, periodicamente, intermitentemente, sob condies normais de trabalho,em quantidades suficientes para produzir misturas explosivas ou passveis de ignio.

b)Ambientes onde a falha mecnica ou funcionamento anormal das mquinas podemcausar essas misturas e ainda proporcionar fonte de ignio atravs de falha simultneado equipamento eltrico dos sistemas de proteo ou outras causas.

c) Ambientes nos quais podem estar presentes de qualquer tipo de condutibilidade eltrica.


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DIVISO 2a)Ambientes nos quais poeira combustveis no esto normalmente suspensas no ar, ou

no sero lanadas em suspenso pelo funcionamento normal do equipamento em

quantidade suficientes para produzir misturas explosivas passveis de ignio.b)Ambientes onde os depsitos ou acmulo dessas poeiras podem ser suficientes parainterferir na dissipao segura do calor proveniente do equipamento eltrico ou deaparelho.

c) Quando esses depsitos ou acmulos de poeira na proximidade do equipamento eltricopode provocar a ignio atravs de arcos, centelhas ou partculas incandescentes doreferido equipamento.

GRUPOS DA CLASSE I

GRUPO A - Atmosfera contendo acetileno

GRUPO B - Atmosfera contendo hidrognio, butadieno, xido etileno, xido propilenoGRUPO C - Atmosfera contendo vapor de eter etlico, etileno ou ciclopropano, acetaldeido emonxido de carbono.

GRUPO D - Atmosfera contendo gasolina, lcool, acetona, hexano, nafta, benzina, propano,benzol, vapor de solvente ou laca, gs natural, cido actico, acrilonitrila, amnia, butano.

CLASSE IIGRUPO E - Atmosfera contendo poeira metlica, incluindo magnsio, alumnio e outrosmetais.

GRUPO F - Atmosfera contendo negro de fumo, poeira de carvo e coque.GRUPO G - Atmosfera contendo poeiras de farinha e cereais.


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14 - INSTRUMENTOS CONVERSORES DE SINAISOs conversores tem como funo bsica modificar a natureza ou amplitude de um sinal parapermitir a interligao de instrumento que trabalham com sinais diferentes.Existem diversas situaes para justificar sua aplicao, dentre elas as converses de sinaisde termopares para corrente ou tenso padro de transmisso ( 4 a 20 mA e 1 a 5 VDCrespectivamente), as converses eletropneumticas, e etc... Todas as converses so deiguais importncia, entretanto como as mais comuns so as que permitem a comunicaoentre sinais eltricos e pneumticos, abordaremos aqui este tipo.

14.1 - Conversores eletro-pneumticos e pneumticos-eltricosEsses conversores, tambm conhecidos como I/P e P/I, tem como funo interfacear ainstrumentao pneumtica com a eltrica, bem como permitir a utilizao de atuadorespneumticos na instrumentao eletrnica analgica ou digital.

14.1.1 - Conversores eletro-pneumticos (I/P)Este instrumento recebe um sinal de 4 a 20 mA DC que aplicado a uma unidademagntica (bobina) criando um campo magntico proporcional a intensidade de correnteque a excitou. Esse campo proporciona deflexo em uma barra fletora que atua comoanteparo em relao a um bico de passagem de ar para exausto. A aproximao destabarra, conhecida como palheta, ao bico cria uma contra-presso que amplificada atravsde uma unidade denominada rel piloto para um sinal pneumtico proporcional entrada. Apresso de sada realimentada atravs do fole para permitir o equilbrio do sistema.Estes instrumentos necessitam basicamente de ajuste de zero, obtido pela variao decarga de uma mola, e ajuste de largura de faixa (span) conseguido mudando a relao domomento de fora. Como exemplo, temos o esquemtico de um conversor na figura aseguir.


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MEDIO DE NVEL

1 - INTRODU OA medio de nvel, embora tenha conceituao simples, requer por vezes artifcios etcnicas apuradas.

O nvel uma varivel importante na indstria no somente para a operao do prprioprocesso, mas tambm para fins de clculo de custo e de inventrio. Os sistemas demedio de nvel variam em complexidade desde simples visores para leituras locais atindicao remota, registro ou controle automtico.

Na indstria se requer medies tanto de nvel de lquidos como de slidos.

Para facilitar a compreenso costuma-se definir nvel, como sendo a altura do contedo deum reservatrio, que poder ser um lquido ou um slido.

2 - CLASSIFICA O E TIPO DE MEDIDORES DE NVEL

A medida do nvel de um reservatrio contendo lquido ou slido, efetuada a fim demanter esta varivel em um valor fixo ou entre dois valores determinados, ou ainda paradeterminar a quantidade (volume ou massa) do fluido em questo.

Existem dois mtodos de medio que so usados nos processos em geral.

a) Mtodo de Medio Direta

a medio que se faz tendo como referncia a posio do plano superior da substnciamedida.

b) Mtodo da Medio Indireta

o tipo de medio que se faz para determinar o nvel em funo de uma segundavarivel.

A tabela 1, a seguir mostra alguns dos tipos para determinar medio de nvel maisutilizados na instrumentao.

MEDIO DIRETA MEDIO INDIRETA- Rguas ou Gabaritos

- Visores de Nvel

- Bia ou Flutuador

- Displace (empuxo)

- Presso diferencial (diafragma)

- Borbulhador

- Capacitncia eletrosttica

- Ultra-snico

- Por pesagem

- Por raio gama

Tabela 1


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3 - MEDIDORES DE NVEL POR MEDIO DIRETA

3.1 - Medidor de Nvel Tipo Rgua ou Gabarito.

Consiste em uma rgua graduada que tem o comprimento conveniente, para ser introduzidodentro do reservatrio onde vai ser medido o nvel (Fig. 01).

A determinao do nvel se efetuar atravs da leitura direta do comprimento marcado nargua, pelo lquido. So instrumentos simples e de baixo custo permitindo medidasinstantneas. A graduao da rgua deve ser feita a uma temperatura de referncia,podendo estar graduada em unidades de comprimento, volume ou Massa.

Fig. 01 - Rgua ou Gabarito.

3.2 - Visores de Nvel

Aplica-se nestes instrumentos o princpio dos vasos comunicantes. Um tubo transparente colocado a partir da base do reservatrio at o seu ponto mais alto, permitindo a leituraprecisa do nvel do lquido, mesmo para altas presses.

Os visores de nvel se destinam exclusivamente monitorao do nvel de lquido ou dainterface entre dois lquidos imissveis, em vasos, colunas, reatores, tanques, etc.submetidos ou no presso.

Os visores so aplicados quase na totalidade dos casos de monitorao local do nvel,devido ao seu baixo custo em comparao com outros tipos de instrumentos, a no ser emcasos onde a presso e temperatura sejam excessivas e impeam a sua utilizao.

Devido s suas caractersticas construtivas, os visores de nvel so de fcil manuteno econstrudos de maneira a oferecer segurana na operao.

Para atender as mais variadas aplicaes em diversos processos existem atualmente osvisores do tipo tubular, de vidro plano, magnticos e os especiais para uso em caldeiras.Todos sero analisados um a um nos itens subsequentes.


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A - Visores de Vidro Tubular

Estes visores so normalmente fabricados com tubos de vidro retos com paredes deespessuras adequada a cada aplicao. Estes tubos so fixados entre duas vlvulas debloqueio de desenho especial atravs de unio e juntas de vedao apropriadas a cadaespecificao de projetos (ver Fig. 02).

O comprimento e o dimetro do tubo iro depender das condies a que estar submetido ovisor, porm convm observar que os mesmos no suportam altas presses e temperaturas.

Para proteo do tubo de vidro contra eventuais choques externos, so fornecidas hastesprotetoras metlicas colocadas em torno do tubo de vidro ou com tubos ou chapas plsticaenvolvendo o mesmo.

Fig. 02 - Visores Tubulares

Os tubos de vidro tm dimetros normalizados onde para cada dimenso esto relacionadosvalores de presso e temperatura mximas permissveis.

Devido s caractersticas construtivas, os visores de vidro tubular no suportam altaspresses e temperaturas, bem como apresentam alta probabilidade de quebra acidental dovidro por choque externo.

Devido s limitaes quanto a sua resistncia a segurana, os visores de vidro tubular sorecomendados para uso em processos que no apresentam presses superiores a cerca de2,0 bar e em temperaturas que no excedam a 100 graus Celsius.

No se recomenda o seu uso com lquidos txicos, inflamveis ou corrosivos, visto que afragilidade destes instrumentos aumenta a possibilidade de perda de produto contido noequipamento.


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Recomenda-se que o comprimento do tubo no exceda os 750 mm. Caso seja necessriocobrir faixas de variao de nvel maiores, recomenda-se usar dois ou mais visores comsobreposio (ver Fig. 03) de faixas visveis.

Fig. 03 - Esquema de visor com sobreposio das faixas visveis

B - Visores de Vidro Plano

Os vidros planos substituram, ao longo dos anos, quase a totalidade dos visores tubulares.Esse fato decorre da inerente falta de segurana apresentada pelos visores tubulares em

aplicaes com presses elevadas. Atualmente, os visores pla

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Instrumentacao Industrial - Curso de pós Graduacao em Engenharia Mecatronica.pdf