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Pressão: Conceitos

Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as medidas de vazão, nível, etc. podem ser feitas utilizando-se esse princípio.
Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área.

Definição do cálculo para Medição da Pressão

onde:
P = Pressão
F = Força
A = Área
Pressão Atmosférica
É a pressão exercida pela atmosfera terrestre medida em um barômetro. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg.
Pressão Relativa
É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.
Pressão Absoluta
É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida a partir do vácuo absoluto.
Importante:  Ao se exprimir um valor de pressão, determinar se a pressão é relativa ou absoluta.
Exemplo:
3Kgf/cm² ABS   ->   Pressão Absoluta
4 Kgf/cm²         ->    Pressão relativa

O fato de se omitir esta informação na indústria significa que a maior parte dos instrumentos medem por pressão relativa.

Pressão Negativa ou Vácuo
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.
Diagrama comparativo das escalas:

Diagrama comparativo das Escalas de Pressão

Pressão Diferencial
É a diferença entre 2 pressões, sendo representada pelo símbolo Δ delta P. Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc.
Pressão Estática
É o peso exercido por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, por unidade de área exercida.
Pressão Dinâmica ou Cinética
É a pressão exercida por um fluido em movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma que recebe o impacto do fluxo.
Instrumentos para medição de pressão
O instrumento mais simples para medir pressão é o manômetro, que pode ter vários elementos sensíveis e que podem ser utilizado também por transmissores e controladores. Vamos então ao estudo de alguns tipos de elementos sensíveis.
Tubo de Bourdon
Consiste geralmente de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência tendo uma extremidade fechada, estando a outra aberta à pressão a ser medida. Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através da engrenagem é transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão.
Quanto à forma, o tubo de bourdon pode se apresentar nas seguintes formas: tipo C,espiral e helicoidal.

Tubo de Bourdon - Instrumentos para Medição de Pressão

Membrana ou Diafragma
É constituído por um disco de material elástico (metálico ou não), fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação. Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada.

Membrana ou Difragma - Instrumentos para Medição de Pressão

 

O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para aumentar sua área efetiva.
Fole
O fole é também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado.
Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão, e como ela tem que vencer a flexibilidade do material e a força de oposição da mola, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada à parte interna.

Fole - Instrumentos para Medição de Pressão

Sensor por silício ressonante
O sensor consiste de uma cápsula de silício colocada estrategicamente em um diafragma, utilizando do diferencial de pressão para vibrar em maior ou menor intensidade, afim de que essa freqüência seja proporcional a pressão aplicada.

Sensor de Silício Ressonante - Instrumentos para Medição de Pressão

Tipo Piezoelétrico
Os elementos piezoelétricos são cristais, como o quartzo, a turmalina e o titanato que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina, quando sofrem uma deformação física, por ação de uma pressão. São elementos pequenos e de construção robusta. Seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão, são capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências de milhões de ciclos por segundo.
O efeito piezoelétrico é um fenômeno reversível. Se for conectado a um potencial elétrico, resultará em uma correspondente alteração da forma cristalina. Este efeito é altamente estável e exato, por isso é utilizado em relógios de precisão. A carga devida à alteração da forma é gelada sem energia auxiliar, uma vez que o quartzo é um elemento transmissor ativo. Esta carga é conectada à entrada de um amplificador, sendo indicada ou convertida em um sinal de saída, para tratamento posterior.

Tipo Piezoelétrico - Instrumentos para Medição de Pressão

Coluna de líquido
Consiste, basicamente, num tubo de vidro, contendo certa quantidade de líquido, fixado a uma base com uma escala graduada. As colunas podem ser basicamente de três tipos: coluna reta vertical, reta inclinada e em forma de “U”.
Os líquidos mais utilizados nas colunas são: água (normalmente com um corante) e mercúrio. Quando se aplica uma pressão na coluna o líquido é deslocado, sendo que este deslocamento é proporcional a pressão aplicada.
Sendo a fórmula: P1 - P2 = h . dr

Coluna de Líquido - Instrumentos para Medição de Pressão

Tipo Capacitativo
A principal característica dos sensores capacitivos é a completa eliminação dos sistemas de alavancas na transferência da força / deslocamento entre o processo e o sensor.
Este tipo de sensor resume-se na deformação, diretamente pelo processo de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total que é medida por um circuito eletrônico.
Esta montagem, se por um lado, elimina os problemas mecânicos das partes móveis, expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente a temperatura do processo. Este inconveniente pode ser superado através de circuitos sensíveis a temperatura montados juntos ao sensor. Outra característica inerente a montagem, é a falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras devido á deformação não linear, sendo necessário portanto, uma compensação (linearização) à cargo do circuito eletrônico.

Tipo Capacitativo - Instrumentos para Medição de Pressão

Tipo Strian Gauge - Piezoresistivo
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se as suas dimensões.
Para variarmos a resistência de um condutor devemos analisar a equação geral da resistência:

Tipo Strian Gauge - Piezoresistivo - Instrumentos para Medição de Pressão

 

R : Resistência do condutor
p : Resistência do material
L : Comprimento do condutor
S : Área da seção transversal

A equação nos explica que a resistência elétrica de um condutor é diretamente proporcional a resistividade e ao comprimento e inversamente proporcional a área da seção transversal.
A maneira mais prática de alterarmos as dimensões de um condutor é tracionarmos o mesmo no sentido axial como mostrado a seguir:

Tipo Strian Gauge - Piezoresistivo - Instrumentos para Medição de Pressão

Seguindo esta linha de raciocínio, concluímos que para um comprimento L obtivemos L, então para um comprimento 10 x L teriamos 10 x L, ou seja quanto maior o comprimento do fio, maior será a variação da resistência obtida e maior a sensibilidade do sensor para uma mesma pressão (força) aplicada.
O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base, dobrando-se tão compacto quanto possível.
Esta montagem denomina-se tira extensiométrica como vemos na figura a seguir:

Tipo Strian Gauge - Piezoresistivo - Instrumentos para Medição de Pressão

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