Instrumentação e Medição de Pressão

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Instrumentação Geral
Pressão
INTRODUÇÃO
• INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve 
técnicas para adequação de instrumentos de medição, 
transmissão, indicação, registro e controle de variáveis físicas 
em equipamentos nos processos industriais. 
Nas indústrias de processos tais como siderúrgica, 
petroquímica, etc.; a instrumentação é responsável pelo 
rendimento máximo de um processo, fazendo com que toda 
energia cedida, seja transformada em trabalho na elaboração do 
produto desejado. 
As principais grandezas que traduzem transferências de 
energia no processo são: PRESSÃO, NÍVEL, VAZÃO, 
TEMPERATURA; as quais denominamos de variáveis de um 
processo.
PRESSÃO
Dentre as variáveis de processo encontra-se a pressão, cuja medição 
possibilita não só sua monitoração e controle como também de outras 
variáveis tais como nível, vazão e densidade. Assim por ser sua 
compreensão básica para o entendimento de outras áreas da 
instrumentação iniciaremos revisando alguns conceitos importantes para 
medição de pressão.
Erros de Medição
Antes de abordarmos os diversos tipos de instrumentos de 
medição, iremos demonstrar os erros mais comuns quanto a 
leitura dos instrumentos analógicos que são os seguintes:
• Erro de Paralaxe;
• Erro de Interpolação.
Erro de Paralaxe
O que é Paralaxe?
A paralaxe consiste em um aparente deslocamento de um 
objeto observado, que é causado por uma mudança no 
posicionamento do observador.
Exemplo:
Para compreender melhor o que é a paralaxe, faça o seguinte: 
aponte para um objeto com o dedo indicador na posição vertical, 
de um jeito que o seu dedo esteja situado no centro do objeto. 
Agora, feche um dos olhos para ver o objeto só com um olho. Em 
seguida, observe o objeto com o olho que estava fechado. Note 
que o objeto em questão parece ter mudado de posição. Isso é 
paralaxe e acontece porque cada olho vê o objeto de um ângulo 
diferente. Isso permite que uma pessoa que veja bem com os 
dois olhos tenha a noção de profundidade e consequentemente 
de distância.
Um erro de paralaxe acontece graças a um desvio óptico que 
é causado pelo ângulo de visão de um indivíduo, causando uma 
observação errada em uma escala de graduação.
Observemos na Figura 1: o lado A mostra que o observador, 
representado na imagem por um bichano cinza, está posicionado 
a direita do extintor. Desse ponto de vista, como podemos ver no 
lado B da figura 1, o medidor indica que o ponteiro está no 
vermelho, ou seja, ele está com problemas e precisa ser trocado 
já!
No caso da Figura 2 (abaixo) onde o observador (nosso 
bichano) vê o objeto da esquerda para a direita, o extintor está 
melhor do que deveria, mais cheio que o nível normal, coisa que 
também não é verdade.
Agora no caso da Figura 3, o observador se coloca de frente 
para o extintor (veja a Figura 3 lado A) e pode ver claramente 
que o marcador está no nível ideal. Aqui não temos o erro de 
paralaxe uma vez que ele está posicionado no local correto para 
ler o medidor do extintor.
Erro de Interpolação
Além da possibilidade do erro de paralaxe, os instrumentos 
analógicos permitem a ocorrência do erro de interpolação. Esse 
erro se origina em função do posicionamento do ponteiro em 
relação à escala de medida do instrumento.
O leitor pode observar que o ponteiro acusa uma posição 
incerta entre dois valores conhecidos, a qual necessariamente 
não é o ponto médio destes, ficando a critério do observador, em 
função da proximidade, definir o valor correspondente ao traço 
da esquerda ou da direita. Quaisquer dos infinitos valores 
possíveis entre os dois conhecidos não têm significado prático, 
sendo então que, nesse caso, o valor assumido é função de um 
erro de interpolação.
MEDIDORES DE PRESSÃO
Os principais medidores de pressão são:
• Medidores por coluna líquida;
• Medidores por elemento elástico;
• Medidores especiais.
Manômetros
São dispositivos utilizados para indicação local de pressão e 
em geral divididos em duas partes principais: o manômetro de 
líquidos, que utiliza um líquido como meio para se medir a 
pressão, e o manômetro tipo elástico que utiliza a deformação 
de um elemento elástico como meio para se medir pressão.
A tabela abaixo classifica os manômetros de acordo com os 
elementos de recepção.
Medidores Por Coluna Líquida
Princípio de funcionamento e construção:
É um instrumento de medição e indicação local de 
pressão baseado na equação manométrica. Sua 
construção é simples e de baixo custo. Basicamente é 
constituído por tubo de vidro com área seccional uniforme, 
uma escala graduada, um líquido de enchimento e 
suportados por uma estrutura de sustentação.
O valor de pressão medida é obtida pela leitura da 
altura de coluna do líquido deslocado em função da 
intensidade da referida pressão aplicada.
Medidores Por Coluna Líquida
Os manômetros de coluna líquida, outrora largamente 
utilizados, estão sendo progressivamente abandonados, 
principalmente devido ao fato de normalmente necessitar 
de um líquido manométrico mais denso que a água, como 
é o caso do mercúrio metálico. Este líquido pode vazar, 
provocando contaminações.
Outro problema é a grande dificuldade de adaptar 
sistemas de leitura remota e saídas para registradores e 
processadores.
Os manômetros de coluna mantém, no entanto, ainda 
uma grande vantagem: não necessitam calibração, desde 
que possa se garantir a densidade do liquido manométrico e 
a exatidão da escala que mede a altura da coluna.
Ainda hoje os manômetros de coluna líquida são 
utilizados frequentemente como padrões práticos para 
calibração de transdutores de pressão.
As faixas de medição de pressão podem ser bastante 
extensas uma vez que o fluido manométrico (mercúrio, óleo 
ou água) pode ser mudado de acordo com a pressão ou 
depressão a serem medidas.
A princípio qualquer líquido com baixa viscosidade, e não 
volátil nas condições de medição, pode ser utilizado como 
líquido manométrico. Entretanto, na prática, a água 
destilada e o mercúrio são os líquidos mais utilizados 
nesses manômetros.
Faixa de Medição
Em função do peso específico do líquido 
manométrico e também da fragilidade do tubo de vidro 
que limita seu tamanho, esse instrumento é utilizado 
somente para medição de baixas pressões.
Em termos práticos, a altura de coluna máxima 
disponível no mercado é de 2 metros e assim a pressão 
máxima medida é de 2 mH2O , caso se utilize água 
destilada, e 2 mHg com utilização do mercúrio.
Condição de leitura (formação de menisco)
O mercúrio e a água são os líquidos mais utilizados para os 
manômetros de líquidos e tem diferentes formas de menisco. No 
caso do mercúrio, a leitura á feita na parte de cima do menisco, 
e para a água na parte de baixo do menisco. 
Condição de leitura (formação de menisco)
A razão pela qual o menisco da água é côncavo (para baixo) ao 
passo que o do mercúrio é convexo (para cima) pode ser 
explicada pela diferença entre as propriedades de adesão e 
coesão dessas substâncias.
Condição de leitura (formação de menisco)
A coesão é a tendência de uma substância interagir consigo 
mesma.
Condição de leitura (formação de menisco)
A adesão é a tendência de uma substância interagir com outras 
substâncias por causa de forças intermoleculares.
Condição de leitura (formação de menisco)
A adesão das moléculas da água ao vidro é mais forte do que a 
coesão,consequentemente, o menisco curva para baixo, ao 
contrário da água, a coesão do mercúrio é maior do que sua 
adesão ao vidro e seu menisco curva para cima.
Manômetro de Tubo em U
Dispositivo para medir pressão que consiste de um 
tubo em formato de "U" com certa quantidade de líquido 
dentro dele (líquido motor), provido de uma escala 
milimétrica. O líquido pode ser água, mercúrio, etc. Um 
dos extremos do tubo é ligado à instalação e o outro fica 
aberto para a atmosfera.
A pressão exercida no líquido faz com que a extremidade pressionada desça, 
causando um desnível. Conhecendo-se o pesoespecífico e o desnível do líquido de 
referência, pode-se determinar a pressão na instalação através da equação:
P = ρgh 
Onde:
• P – Pressão manométrica medida;
• ρ (rô) – Densidade do líquido;
• g – Aceleração da gravidade;
• h – Altura de deslocamento do líquido.
Manômetro de Tubo em U Inclinado
O manômetro de tubo em U inclinado tem o mesmo princípio 
de funcionamento do manômetro em U porém com maior 
sensibilidade. Uma de suas pernas é inclinada em relação a 
outra. A sensibilidade do monômetro é aumentada conforme 
diminui-se o ângulo formado entre o tubo e o horizonte. 
Manômetro de Colunas de Áreas Diferentes
É constituída por dois vasos comunicantes, sendo um deles de 
diâmetro menor (um tubo) que o outro, no qual se faz a leitura da 
pressão pelo nível através de uma régua montada, aplica pela altura da 
coluna líquida deslocada, como se vê na figura abaixo.
Manômetro de Coluna Reta Vertical
Nesse manômetro as áreas dos ramos da coluna são diferentes, 
sendo a pressão maior aplicada normalmente no lado da maior 
área. 
Essa pressão, aplicada no ramo de área maior provoca um 
pequeno deslocamento do líquido na mesma, fazendo com que o 
deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume 
deslocado ser o mesmo e sua área bem menor. 
 Chamando as áreas do ramo reto e do ramo de maior área de “a” 
e “A” respectivamente e aplicando pressões P1 e P2 em suas 
extremidades teremos pela equação manométrica: 
 P1 – P2 = ρ (h1 + h2)
P1 – P2 = ρ (h1 + h2)
Onde:
• P1 – Pressão na área maior;
• P2 – Pressão na área menor;
• ρ – Densidade do líquido;
• h2 – Altura de líquido deslocado na coluna reta;
• h1 – Altura de líquido deslocado na coluna reta.
Como o volume deslocado é o mesmo, teremos:
 
Onde:
• A – Área do tanque maior;
• a – Área do tanque menor.
Isolando o valor de h1 na equação manométrica, teremos:
 
 
 
Substituindo o valor de h1 na equação manométrica, teremos:
 
 
 
 
 
 
Na construção A menor é desprezível em relação a A maior, podendo ser 
mais simplificada ainda, resultado na equação final:
Manômetro de Coluna Inclinada
Este Manômetro é utilizado para medir baixas pressões na ordem 
de 50 mmH2O. Sua construção é feita inclinando um tubo reto de 
pequeno diâmetro, de modo a medir com boa precisão pressões em 
função do deslocamento do líquido dentro do tubo. 
A vantagem adicional é a de expandir a escala de leitura o que é 
muitas vezes conveniente para medições de pequenas pressões com 
boa precisão (± 0,02 mmH2O).
• P1 – Pressão na área maior;
• P2 – Pressão na área menor;
• ρ – Densidade do líquido;
• l – Variação da altura do líquido deslocado na coluna;
• α – Ângulo de inclinação da coluna. 
Manômetros Elásticos
Os instrumentos que medem pressão manométrica por 
deformação elástica usam a deformação de um elemento sob 
pressão para mover um ponteiro, normalmente com engrenagens 
intermediárias para amplificação.
Principais Tipos de Elementos de Recepção
A tabela abaixo mostra os principais tipos de elementos de 
recepção utilizados na medição de pressão baseada na deformação 
elástica, bem como sua aplicação e faixa recomendável de trabalho.
Medidor do Tipo Tubo de Bourdon
O medidor Bourdon é um dos instrumentos mais comuns 
para a medição de pressão na indústria. Este medidor consiste 
de um tubo curvado de secção elíptica com uma das pontas 
conectado a pressão medida e a outra no indicador de pressão. 
Quando o fluído é submetido a uma pressão, ele enche o tubo, e 
sua secção elíptica tende a se tornar circular. Este movimento é 
transmitido ao indicador de pressão.
Calibrando-se a deflexão do indicador com pressões conhecidas, 
pode-se determinar uma escala graduada, podendo-se ler a pressão 
em qualquer unidade.
Sua precisão depende do processo de fabricação chegando a 0,1% 
ou 0,5% da escala.
Os manômetros do tipo tubo de Bourdon se classificam em três tipos básicos.
Construção Básica do Manômetro de Bourdon do Tipo “C” 
Manômetro de Bourdon do Tipo “C”
Construção Básica do Manômetro de Bourdon do Tipo Espiral
Construção Básica do Manômetro de Bourdon do Tipo Helicoidal
Manômetro de Diafragma
Os diafragmas são elementos flexíveis que devido a diferença 
de pressão se deforma, movendo um sistema mecânico que 
indica a pressão.
Os diafragmas são usados para a medições de pressão 
relativamente baixas. Podem medir pressões manométricas ou 
absolutas.
Possuem aplicações em controle pneumático e válvulas que 
requerem maior precisão. Os diafragmas podem ser fabricados de 
couro, teflon, seda ou podem ser metálicos.
Construção Básica do Manômetro do Tipo Diafragma
Manômetro de Fole
A fole é uma peça conrugada que pode expandir ou diminuir em 
função da força aplicada. Da mesma maneira que o Bourdon e o 
diafragma, a variação de pressão deforma a fole que transmite este 
movimento para o sistema mecânico de indicação.
• São medidores robustos, aplicados em instalações que não possuem 
limitações de espaço.
• Podem ser utilizados como medidores de pressão manométrica ou 
absoluta.
• São utilizados para baixa pressão.
• As foles operam sempre comprimidas para garantir deformações dentro 
do regime elástico.
• São utilizados em sistemas de controle pneumáticos e em válvulas de 
controle.
Construção Básica do Manômetro do Tipo Fole
Transdutores Elétricos
Os transdutores elétricos são dispositivos que transformam 
um sinal de pressão obtido mecanicamente em um sinal elétrico.
 O sinal de pressão pode ser obtido mecanicamente através , 
por exemplo, de um diafragma e depois transformado em um 
sinal elétrico através de resistores capacitivos, ou diretamente 
por um sinal elétrico.
Diagrama Esquemático
Transdutores Potenciométricos
Um fole (ou tubo de Bourdon) aciona um potenciômetro que 
converte os valores de pressão em valores de resistência elétrica;
São de baixo custo, podem operar sob diversas condições, o sinal 
pode ter intensidade boa, dispensando amplificações. Porém, o 
mecanismo produz desvios inerentes e têm alguma sensibilidade a 
variações de temperatura.
Há também o desgaste natural do potenciômetro. Em geral, usados 
para pressões de 0,035 a 70 MPa. Precisão na faixa de 0,5 a 1% do 
fundo de escala sem considerar as variações de temperatura.
Transdutores Capacitivos
Mede-se a pressão através da deformação das placas do capacitor.
• C = Capacitância;
• K = permissividade do meio e do vácuo;
• A = área das placas;
• d = distância entre as placas.
Transdutores capacitivos
Nos transdutores capacitivos o diafragma funciona como armadura 
comum de dois capacitores em série.
O deslocamento do diafragma devido à variação de pressão resulta 
em aumento da capacitância de um e diminuição de outro. E um 
circuito oscilador pode detectar essa variação.
Se P1 > P2:
• d1 aumenta e d2 diminui; 
• C1 diminui e C2 aumenta.
Usados para pressões desde vácuo até cerca de 70 MPa. 
Precisão de até 0,01 % do fundo de escala. Boa estabilidade 
térmica.
Sensor Srain Gauge ou Piezoresistivo ou 
Células de carga
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, 
mudando-se as suas dimensões.
• R : Resistência do condutor; 
• ρ : Resistividade do material;
• L : Comprimento do condutor;
• S : Área da seção transversal.
Transdutores de Deformação "strain gage" 
O transdutor de deformação usa um sensor tipo "strain 
gage" para indicar a deformação do diafragma provocada pela 
pressão.
Uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de 
apoio rígido enquanto a outra extremidade será o ponto de 
aplicação de força. 
● As células de carga de feixe são sensores altamente versáteis que 
normalmente funcionam como vigas engastadas com uma 
extremidade sendo fixada e a outra extremidade livre para deformar 
quando submetida a uma força.
● Algumas células de carga de viga também podem ser consideradas 
duplas, o quesignifica que o sensor é fixado em ambas as 
extremidades e carregado no centro.
● Normalmente, as células de carga dependem da força aplicada sendo 
colocada em um ponto central do corpo do sensor. O desvio da força 
centralmente aplicada resultará em uma perda de precisão.
● As células de carga single point funcionam de forma diferente, 
permitindo o carregamento fora do centro, mantendo a precisão. Essa 
habilidade faz delas uma escolha ideal para aplicações onde a carga 
é aplicada com um grau de variabilidade de colocação.
● Como o nome sugere, uma célula de carga de compressão mede 
uma força de esmagamento ou pressão. Geralmente seu design 
imita uma coluna, dando força adicional ao sensor para uso em 
aplicações estáticas de alta capacidade.
● Uma célula de carga de tensão é usada principalmente para medir 
uma força de puxar, pela qual a carga é suspensa do pé do sensor, 
fazendo com que ela se estique.
● As células de carga de tensão são às vezes chamadas de células tipo 
S ou S devido à sua forma semelhante à letra S. Muitas células de 
carga de tensão também podem ser usadas para medir uma força 
compressiva, tornando-as altamente versáteis.
Precisão até aproximadamente 0,25% do fundo de escala. Há 
tipos para as mais diversas faixas de pressões (0,001 a 1400 
MPa).
A ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras 
extensiométricas é o circuito em ponte de Wheatstone, pois 
possui a vantagem de compensar as variações de temperatura 
ambiente. 
Transdutor de Pressão Indutivo (LVDT)
O transdutor de indutância variável (LVDT) utiliza:
• Bobina primária
• Bobina secundária
• Núcleo magnético (entre as duas bobinas).
O núcleo é conectado a um sensor de pressão (por exemplo, 
diafragma). Quando ocorre uma variação da pressão, este 
núcleo se movimenta e altera o número de espiras induzidas, 
variando a tensão.
• Esse tipo de transformador é denominado de transformador 
linear diferencial e variável.
• Possuem boa estabilidade térmica, mas são sensíveis a 
campos magnéticos e a vibrações. Pressões nas faixas de 0,2 
a 70 MPa.
Transdutor de Pressão Indutivo (LVDT)
Sensor Piezoelétrico
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. 
• Pequenos e de construção robusta;
• Resposta é linear com a variação de pressão;
• São capazes de fornecerem sinais de altíssimas frequências.
• São sensíveis a variações de temperatura e a instalação requer 
cuidados especiais.
Sensor de Silício Ressonante
O sensor consiste de duas cápsulas de silício colocada 
estrategicamente em um diafragma em pontos diferentes do sensor. 
Utilizando do diferencial de pressão para vibrar as cápsulas em maior 
ou menor intensidade, afim de que essa frequência seja proporcional a 
pressão aplicada.
Por estarem localizadas em locais diferentes, porém no mesmo 
encapsulamento, uma sofrerá uma compressão e a outra tração, 
conforme a aplicação de pressão sentida pelo diafragma. Desta 
maneira, os sensores possuirão uma diferença de frequência entre si.
Esta diferença é sentida por um circuito eletrônico do transmissor e 
será proporcional a pressão diferencial aplicada.
Os fatores que irão influenciar na ressonância do sensor:
• Pressões exercidas sobre o sensor;
• O campo magnético gerado por um imã permanente 
posicionado sobre o sensor;
• O campo elétrico gerado por uma corrente alternada;
• A combinação do fator campo magnético/campo elétrico é 
responsável pela vibração do sensor .
Transdutores Óticos
O sensor de pressão ótico detecta os efeitos de movimentos 
minúsculos devido a mudanças na pressão do processo e gera 
um sinal de saída eletrônico correspondente. 
Um diodo emissor de luz (LED) é usado como fonte de luz, e 
uma palheta bloqueia um pouco da luz quando ela é movida pelo 
diafragma. 
À medida que a pressão move a palheta entre o diodo da 
fonte e o diodo de medição, a quantidade de luz infravermelha 
recebida muda.
O sensores de pressão óptico deve compensar o 
envelhecimento da fonte de luz LED por meio de um diodo de 
referência, que nunca é bloqueado pela palheta. Este diodo de 
referência também compensa o sinal de acúmulo de sujeira ou 
outros materiais de revestimento nas superfícies ópticas. 
O sensor de pressão óptico é imune a efeitos de temperatura 
porque os diodos de fonte, de medição e de referência são 
afetados igualmente caso houver mudanças na temperatura. 
Além disso, como a quantidade de movimento necessária para 
realizar a medição é muito pequena (menos de 0,5 mm), os 
erros de histerese e de repetibilidade são quase nulos.
Têm boa precisão e elevada estabilidade térmica. São 
compactos e requerem pouca manutenção. Precisão cerca de 
0,1% do fundo de escala. Pressões de 0,035 a 400 MPa.
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	INTRODUÇÃO
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	PRESSÃO
	Erros de Medição
	Erro de Paralaxe
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	Slide 12
	Erro de Interpolação
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	MEDIDORES DE PRESSÃO
	Manômetros
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	Medidores Por Coluna Líquida
	Medidores Por Coluna Líquida
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	Faixa de Medição
	Condição de leitura (formação de menisco)
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	Manômetro de Tubo em U
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	Manômetro de Tubo em U Inclinado
	Manômetro de Colunas de Áreas Diferentes
	Manômetro de Coluna Reta Vertical
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	Manômetro de Coluna Inclinada
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	Manômetros Elásticos
	Principais Tipos de Elementos de Recepção
	Medidor do Tipo Tubo de Bourdon
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	Construção Básica do Manômetro de Bourdon do Tipo “C”
	Manômetro de Bourdon do Tipo “C”
	Construção Básica do Manômetro de Bourdon do Tipo Espiral
	Construção Básica do Manômetro de Bourdon do Tipo Helicoidal
	Manômetro de Diafragma
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	Construção Básica do Manômetro do Tipo Diafragma
	Manômetro de Fole
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	Construção Básica do Manômetro do Tipo Fole
	Transdutores Elétricos
	Diagrama Esquemático
	Transdutores Potenciométricos
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	Transdutores Capacitivos
	Transdutores capacitivos
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	Sensor Srain Gauge ou Piezoresistivo ou Células de carga
	Transdutores de Deformação "strain gage"
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	Transdutor de Pressão Indutivo (LVDT)
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	Transdutor de Pressão Indutivo (LVDT)
	Sensor Piezoelétrico
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	Sensor de Silício Ressonante
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	Transdutores Óticos
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