Há séculos que se conhecem métodos mecânicos de medição de

Há séculos que se conhecem métodos mecânicos de medição de pressão. Os manómetros de tubo em
U, foram os primeiros indicadores de temperatura. Originalmente, estes tubos eram feitos de vidro e as
escalas eram adicionadas conforme fosse necessário. Mas os manómetros são largos, tornando-se
incómodos, e não estão bem ajustados para integração nas cadeias automáticas de controlo. No
entanto, os manómetros encontram-se usualmente no laboratório, ou são usados como indicadores
locais. Dependendo da pressão de referência usada, podem indicar pressões absolutas, atmosféricas e
diferenciais.
Frequentemente utilizam-se termos como medidor, sensor, transdutor e transmissor de pressões. O
termo medidor de pressão refere-se usualmente a um indicador que converte a pressão detectada, num
movimento mecânico de um ponteiro. Um transdutor de pressão pode combinar o elemento primário de
um medidor com um conversor mecânico/eléctrico ou mecânico/pneumático e um fornecimento de
potência. Um transmissor de pressão é um “pacote” estandardizado de medição de pressão que
consiste em três componentes básicos: um transdutor, seu fornecimento de potência e um
condicionador/retransmissor de sinal que converte o sinal do transdutor num output estandardizado.
Os transmissores de pressão podem usar sinais pneumáticos (3-15 psig), electrónicos (4-20mA) ou
ainda electrónicos digitais.
Da mecânica à electrónica
Os primeiros medidores de pressão usavam elementos flexíveis como sensores. Assim que a pressão
mudava, o elemento flexível deslocava-se, e este movimento era utilizado para fazer rodar um ponteiro
dum mostrador. Nestes sensores mecânicos de pressão, um tubo de Bourdon, um diafragma, detecta a
pressão do processo e causa um movimento correspondente.
Sensores de pressão de diafragma.
Os diafragmas são populares entre os elementos primários e flexíveis de pressão, porque requerem
menos espaço e porque o movimento (ou força) que produzem, é suficiente para operar transdutores
electrónicos (ver figura 1).
Estão também disponíveis numa larga variedade de materiais para processos corrosivos.
Depois dos anos 20, os sistemas de controlo automático evoluíram começando a ser comuns os
transmissores de pressão e as salas centralizadas de controlo a partir dos anos 50. Por essa razão o
diafragma não esteve mais que estar ligado a um ponteiro mas servia para converter a pressão do
processo num sinal, eléctrico ou pneumático. De início, o acoplamento mecânico era ligado a um
transmissor pneumático de pressão, que geralmente gerava um sinal de saída de 3-15 psig para a
transmissão entre distâncias de várias centenas de pés. Mais tarde com a evolução da electrónica do
estado contínuo e o aumento das distâncias de transmissão, os transmissores de pressão tornaram-se
electrónicos. Os primeiros sinais de saída foram 10-50mV, 1-5mV e 0-100mV, mas depois passaram
estar compreendidos entre 4-20mA.
Os manómetros de diafragma são instrumentos sensíveis, usados em processos de baixa pressão não
excedendo os 15 psi. O diafragma é o elemento sensível deste medidor, podendo ser liso, ondulado ou
um misto de liso e ondulado (normalmente é ondulado uma vez que assim aumenta o desvio sem reduzir
a resistência).
Quando ar, gás ou líquido entram no sistema, uma pressão vai ser aplicada ao diafragma provocado a
sua deformação. Esta é transmitida a um ponteiro do instrumento indicador, permitindo-nos saber então
qual é a pressão do sistema.
Construção
O manómetro de diafragma tem como principais constituintes um diafragma, uma base, uma peça
chamada "movement", uma caixa, um visor, um ponteiro e um mostrador.
Usualmente o metal é aquecido antes de modelar para produzir um limite elástico máximo. Depois de
modelar, os diafragmas são aquecidos para libertar pressões e depois são quimicamente limpos.
Materiais
Diafragmas metálicos - Os materiais mais comuns são o aço inoxidável e bronze fosforoso, entre outros.
São também utilizados o titânio, tântalo, etc.
Diafragmas Não-metálicos - Os materiais mais usados são as borrachas sintéticas. No entanto, estes
materiais costumam vir reforçados com outros materiais tais como algodão e nylon.
A título de exemplo, apresentam-se os materiais de construção de um manómetro muito vendido da
Marsh:
l
l
l
l
l
l
l
Diafragma – bronze fosforizado;
Base – bronze;
"Movement" – policarbonato e bronze;
Caixa – aço resistente à oxidação, terminado com esmalte preto cozido;
Visor – lente de polímero acrílico;
Ponteiro –alumínio pintado de preto;
Mostrador – Alumínio revestido de branco com escalas pretas.
Para medição com extensómeros a relação entre a tensão de saída e a pressão é linear com erro
inferior a 0.3 % desde que a deformação do disco na zona central seja inferior a 1/4 da espessura da
membrana. Os discos são dimensionados para obedecer a este critério.
A frequência máxima que é possível medir com este manómetro depende da frequência de ressonância
dos elementos mecânicos, havendo sensores capazes de funcionar desde 0 até 10 kHz.
Em seguida indicam-se de uma forma resumida as principais características do manómetro de diafragma:
l
l
l
l
l
Gama de medida: 0-1000 Mpa
Linearidade: Linear
Precisão: 0.1% FE
Estabilidade: Boa
Preço: Médio/Alto
Para os diafragmas usados nas medição de pressão a deformação está normalmente limitado a 0.002 in
(0.05 mm).
Este tipo de medidor é utilizado muitas vezes para a medição de baixas pressões, mas nem sempre isso
se verifica. Dá-se aqui um exemplo para um medidor específico de um determinado fabricante:
(*) - Estes valores referem-se a um medidor cujo rebordo tem 160 mm de diâmetro. Se o diâmetro for diferente, a gama
de medida não será a mesma.
Pode consultar a secção de fabricantes para obter informação detalhada para diferentes manómetros.
Na calibração de qualquer manómetro temos que ter em conta três factores:
a) zero
b) multiplicação ou faixa
c) angularidade
Por vezes pode ser necessário fazer um ajuste de um deles. O ajuste do zero não influi nos outros
ajustes.
Factores a ter em conta na calibração: (a) zero, (b) multiplicação, (c) angularidade
O ajuste do zero do manómetro faz-se colocando o ponteiro no valor mínimo da escala com o
diafragma em estado de repouso. Como podemos pela figura 2 (a) a diferença entre o valor real e a
indicação é igual para toda a faixa.
A multiplicação ou faixa pode-se definir da seguinte forma: razão dos movimentos do elemento e da
pena (ver figura 2 (b) ).
Angularidade é o deslocamento desigual da pena para a mesma quantidade de incremento da variável
medida nas diferentes regiões da escala. O seu ajuste faz-se variando o camprimento do braço. (ver
figura 2 (c) )
Existem diferentes medidores uma vez que nem sempre as condições de um determinado processo são
as mesmas. Por isso temos que saber como escolher um determinado medidor. Esta selecção é
diferente de fabricante para fabricante.
A selecção é feita da seguinte maneira:
l
l
l
l
l
l
l
Tamanho do mostrador
Tamanho da caixa
Material do tubo e base
Tamanho da ligação
Localização da ligação
Características opcionais
Gama de medida da pressão
O preço do medidor obviamente varia de fabricante para fabricante. Apresenta-se na tabela seguinte os
preços de dois diferentes.
Custo do aparelho para diferentes fabricantes: Marsh e Omega.
(*) – Existem estes três preços diferentes, dependentes dos locais de ligação do instrumento
www.foxboro.com
www.rototherm.co.uk
Vantagens
l
l
l
l
l
l
Simples
Compactos
Requerem pouca manutenção
Feito com grande resistência à corrosão
Tolera formação de cristais
O elemento sensível (diafragma) tem grande duração
Desvantagens
l
l
Requerem uma calibração muito cuidada.
Normalmente este tipo de medidor é aplicável para baixas pressões.