Parte 04 - Pressão

7/31/2019 Parte 04 - Presso

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InstrumentaInstrumentaoo

AplicadaAplicadaIndIndstria dostria doPetrPetrleoleo

-Instrumentos de Presso


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Instrumentao PressoObjetivos

Estudar elementos e transmissores depresso mais utilizados

Recomendaes de instalao

Importante base de medio pois vazo envel podem ser medidos a partir de

transmissores de presso diferencial


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Instrumentao PressoDefinio

Presso definida como ao de uma fora, por

unidade de rea.

A presso de um fluido contido num recipiente arazo entre a fora que este fluido exerce sobre asparedes e a rea sobre a qual esta fora atua.

Usualmente a presso expressa em unidade defora sobre rea, ou em altura de coluna de umlquido.

reafora

P =


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Instrumentao PressoUnidades

Unidade de fora por Unidade de rea Pa (N/m2) Kgf/cm2

PSI (libra / polegada quadrada)

Coluna de lquido mm H2O pol H2O mm Hg (Torr) mca (metros de coluna de gua)

Outras Atm (presso atmosfrica ao nvel do mar)


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Instrumentao PressoUnidades

Atmosfera Pascal Bar mm Hg m H2O Psi kgf/cm2Atmosfera 1 1,01325105 1,01325 760,0 10,33 14,6969 1,033Pascal 9,86910-6 1 10-5 7,50110-3 1,02010-4 1,450310-4 1,01910-5Bar 0,9869 100000 1 750,1 10,20 14,503 1,020mm Hg 1,31610-3 133,3 1,33310-3 1 1,36010-2 1,93410-2 13,60m H2O 9,67810-2 9807 9,80710-2 73,56 1 1,422 0,100Psi 0,068 6894,79 0,069 51,712 0,703 1 0,070

kgf/cm2 0,968 9,810104 0,9810 735,8 10,00 14,223 1

Regra prtica para ordem de grandeza:

1 atm 100 kPa 1 bar 1 kgf/cm2 10 mH2O


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Instrumentao PressoReferenciais de Presso

Presso Absoluta a presso medida em relao ao vcuo(zero absoluto). Em geral utiliza-se a notao abs aps aunidade.

Presso Manomtrica ou Relativa a presso medida emrelao a presso atmosfrica (igual a 1atm ou 1,033 kgf/cm2 aonvel do mar 0oC). Em geral no se utiliza notao especial,sendo muito comum tambm o uso da letra g (gauge pressure)aps a unidade .

Presso Diferencial a medida do diferencial de pressoentre dois pontos.

Vcuo (zero absoluto)

Presso atmosfrica(14 psia)

Presso medida

Presso absoluta

(24,69 psia)

Presso manomtrica

(10 psig)


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Instrumentao PressoPresso Esttica e Dinmica - Equao de Bernoulli

Esttica: a presso relativa criada por um

equipamento (bomba, compressor, ventilador) oupor uma coluna de lquido; Dinmica: a presso devida velocidade de um

fluido escoando. medida com a tomada recebendoo impacto do fluido.

Total: a soma das presses esttica e dinmica

h1

h2

V1

V2

a2

a1

2

22

21

21

1 22 hgv

Phg

v

P +

+=+

+

P1

P1


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Instrumentao PressoManmetros de coluna tipo U

0

25

50

75

100

75

50

25

100

P atm

H

h1

P processo

h2

2

22

1

21

22hg

vPhg

vP atmprocesso +

+=+

+

21 hgPhgP atmprocesso +=+

)( 12 hhgPP atmprocesso =

HcteamanomtricPprocesso =][


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Instrumentao PressoManmetros de coluna tipo U e reservatrio

h

H

F D

F d

P atm

P

hctemanP

DdhgPP atm

=

+=

][

1 22


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Instrumentao PressoElementos Elsticos de Medio

Dispositivos que se deformam em funo

da presso exercida sobre eles: Diafragma Fole

Bourdon

Baseiam-se na lei de Hooke:Dentro de um limite de elasticidade, a

deformao provocada em um corposlido proporcional a fora aplicada

sobre ele


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Instrumentao PressoDiafragma

P

Metlicos A deflexo do diafragma

proporcional presso. O elemento elstico o prprio

diafragma.

No-Metlicos So instalados em oposio a uma

mola ou outro elemento elstico.

O diafragma tem a funo de contero fludo e transmitir o movimento aum elemento elstico.

Em geral o diafragma corrugadopara aumentar sua rea efetivaP


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Instrumentao PressoDiafragma

So elementos metlicos quesofrem expanso e retrao quandosubmetidos a presses.

Movimento resultante utilizado paraindicar / medir / controlar apresso.

Indicados para baixas presses

P


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Instrumentao PressoTubo Bourdon

Tubo metlico, com seco oval, disposto em forma de arco.

Uma extremidade fechada. A outra conecta ao ponto demedio. A presso expande a seco do tubo. A ponta fechada do bourdon movimenta-se. Este movimento

amplificado atravs de engrenagens. Movimento amplificado utilizado para indicar / medir /controlar a presso.


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Instrumentao PressoBourdon Espiral - Hlice

So bourdons,

enrolados em espiralou em hlice devrios passos.

Maior amplitude demovimento e maisfora eliminam anecessidade desistemas de alavanca: Resposta mais rpida Menor tempo morto Mais preciso


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Instrumentao PressoManmetros

So indicadores locais de presso.

Utilizam um elemento elstico de medio de presso. O movimento amplificado em um sistema de alavancas

e engrenagens e transmitido a um ponteiro. O ponteiro indica a presso medida sobre uma escala

calibrada. Normalmente medem a presso em relao a pressoatmosfrica.

Existem indicadores locais de diferencial de presso,utilizando dois tubos bourdon.

A faixa de aplicao e preciso dependem do tipo de

elemento elstico e do material. Presses at 150.000 psi (~10.000 kgf/cm2); Presses de 0,2 a 120 pol H2O Preciso 1% do fundo de escala, encontrando-se tambm

0,1%.


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Instrumentao PressoRecomendaes Instalao de Manmetros

Presso mxima que os manmetros operam

continuamente deve ser inferior a 75% do final deescala. Presso de operao normal no meio da escala. Recomenda-se a operao (mnima e mxima) na

faixa de 25% a 75%. Instalar o instrumento sempre com uma vlvula de

bloqueio e outra de dreno para possibilitar retiradado mesmo em operao.

Utilizar um amortecedor de pulsaes ouenchimento com glicerina no visor sempre que omanmetro estiver em contato com fluidos queapresentem bruscas variaes de presso, como no

caso de descargas de bombas alternativas.


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Em presena de fluidos corrosivos, lquidos com

tendncia a solidificao em temperatura ambiente,alta temperatura e slidos em suspenso, deve-seutilizar lquido de selagem, preferencialmente comdiafragma de selagem. Lquidos usuais : Glicerina, silicone e querosene. Materiais do diafragma : Monel, nquel e ao inox.

Utilizar sifo ou serpentina de resfriamento quandoem presena de vapores condensveis, para

minimizar efeitos de elevada temperatura, retendo ocondensado formado junto ao resfriamento. O lquido que fica retido na curva do tubo-sifo esfria e

essa poro de lquido que ir ter contato com osensor elstico do instrumento, no permitindo que a

alta temperatura do processo atinja diretamente omesmo.


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Instrumentao PressoTransmissores

Elemento que detecta uma grandeza atravs de um

sensor e converte para um sinal padronizado 4 a 20 mA 3 a 15 psi Protocolos digitais como Foundation Fieldbus

Transmissores Inteligentes so aqueles quepossuem capacidade de processamento e decomunicao (HART, FF, etc.). Podem executaralgumas tarefas alm da simples medio econverso:

Linearizao Autodiagnose Extrao de raiz quadrada Compensao de temperatura, presso, etc. Controle PID

Etc.


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Instrumentao PressoTransmissor Pneumtico

Converte adeformao doelemento elsticoem um sinalpneumtico 3 a 15 psi.

O principalelemento dotransdutor o

sistema bico-palheta ou bocal-obturador.


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Instrumentao PressoTransmissor Eletrnico

Barra de fora transmite o

movimento do elementoelstico a um sistemaeletromagntico.

Movimento do detector

altera indutncia,alterando a sadaeletrnica.

O sinal de sada ajustado para o protocolode transmissopadronizado 4 a 20 mA.


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Instrumentao PressoTransmissor clula capacitiva


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PA

CA

CB

PB

PA Presso Cmara de alta

PB Presso Cmara de baixa

CA Capacitor Alta

CB Capacitor Baixa

Constante dieltrica

A rea da placaD Distncia entre as placas

dAC =


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Diferencial de presso

Presso manomtrica Presso absoluta Rangeabilidade 200:1 Preciso 0,025%

At 700 kgf/cm2

Instrumentao PressoTransmissor DP cell capacitivo


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Instrumentao PressoStrain Gauge

Strain Gauge um elemento que quando

submetido a uma tenso mecnicaapresenta variao de resistncia eltrica.

Todo condutor submetido a tenso eltricase apresenta como um strain gaugeR = L/S


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Apenas poucos materiais se apresentam

economicamente interessante para seremutilizados como strain gauges

Medio da fora comumente feita emuma ponte de Wheatstone.

Em geral existe a necessidade de correode temperatura


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3 4

3 2 4 1

out in

R RV V

R R R R

=

+ +


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Instrumentao PressoTransmissor com Strain Gauge

Elemento sensor de presso Bourdon Fole

Diafragma

Strain gauge conectado ao elemento sensor

Fonte de alimentao estvel

Dispositivo de leitura da resistncia do strain gaugeatravs da corrente ou tenso.

Amplificador do sinal de leitura Conversor para o protocolo do sinal de sada

Etc.


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Instrumentao PressoSilcio Ressonante

O sensor composto por dois ressonadores de silcio

em forma de H. Os ressonadores so montados sobre um diafragma


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O ressonador posto na presena de um

campo magntico e aplica-se um correntede excitao sobre o mesmo.

Na presena do campo magntico e sobao de uma corrente alternada oressonador oscila entrando em ressonncia,numa freqncia especfica

A freqncia de ressonncia proporcionalao comprimento do silcio ressonante.


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Instrumentao PressoSilcio Resonante


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Instrumentao PressoTransmissor por Silcio Ressonante

So utilizados dois ressonadores, de mesmo

tamanho, montados em posies diferentes de umdiafragma.

Com a presso equilibrada, os ressonadoresapresentam a mesma freqncia de ressonncia.

Com um diferencial de presso, um ressonador comprimido e o outro tracionado.

Ambos tem sua freqncia de ressonncia alterada.

Diferena de freqncia de ressonncia proporcionalao diferencial de presso.


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Instrumentao PressoSilcio Resonante


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Instrumentao PressoLVDT Linear Variable Dual Transformer

Sensor de movimento linear Dispositivo indutivo composto por um

transformador cujo ncleo de ferro (ferrite)se movimenta.

Movimentao do ncleo altera a relutnciado transformador alterando assim acorrente de sada.

A corrente de sada, proporcional aodeslocamento do ncleo, aplicada a umsistema bobina-ncleo, alterando a fora deatrao levando o sistema a um equilbrio.


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Nos transmissores de presso por LVDT, de

maneira semelhante ao strain gauge, oncleo conectado a um elemento sensorde presso:

Bourdon Fole Diafragma


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Instrumentao PressoPiezoeltricos

Elementos piezoeltricos so cristais que aosofrerem uma deformao geram uma tensoeltrica (milivolts) e ao serem submetidos a umatenso eltrica sofrem pequena deformao fsica. Quartzo Turmalina

TitanatoPresso= Fora / rea

Elementos piezoeltricos quando sob influncia depresso geram uma tenso eltrica.

Num transmissor de presso com sensorpiezoeltrico, a tenso eltrica proporcional apresso aplicada ao sensor amplificada econvertida para um sinal conveniente.


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Instrumentao PressoRecomendaes de Instalao

Devem ser instalados com vlvulas de

bloqueio e dreno para permitir retirada emoperao.

As linhas de impulso (conectam ostransmissores ao processo) devem ser asmenores possveis.

Tomadas na parte inferior das linhas devemser evitadas pela possibilidade de acmulode sedimentos.


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Recomendaes de Instalao

Em servios com gs, o transmissor deveser instalado preferencialmente acima datomada, para evitar acmulo de lquido.

Em servios com lquidos ou vaporcondensvel, o transmissor deve serinstalado preferencialmente abaixo da

tomada, para evitar acmulo de gs.


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Instrumentao Presso


Quando em presena de fluidos corrosivos,

lquidos com tendncia a solidificao emtemperatura ambiente, alta temperatura eslidos em suspenso deve-se utilizarselagem:

Lquida Selo remoto


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Lquida Fludo de processo (preferencial)

ou fludo compatvel e mais denso:querosene, glicerina ou silicone Te de enchimento - preferencialmente Pote de selagem medies de vapor

Selo remoto Utilizado em medies com hidrognio a alta

presso Em caso de medidores de presso diferencial,

utilizar capilares de mesmo comprimento Comprimento do capilar afeta tempo de resposta Observar temperatura mxima de operao do

fluido de enchimento Observar faixa de presso admissvel para o selo


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Instalaes com presena de slidos em

suspenso, lquidos que podem sesolidificar ou coquear na linha de impulso eem fluidos corrosivos ou que possamdanificar o sensor deve-se prever purga.

A purga deve ser com gs ou lquido queseja compatvel com o processo e com oinstrumento

A purga tem funo de limpar as conexese linhas de impulso e servir como selagem


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Instalaes onde o fluido de processo pode sesolidificar a temperatura ambiente deve utilizarisolamento trmico com aquecimento por trao devapor (steam trace)

Deve-se isolar e aquecer da tomada at o ponto deselagem

I t t P


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