Medidores de pressão, manometros, bourdon, eletricos e diafragma

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Resumo ii – Pressão e Nível – 1 prova
(as formulas relacionadas a matéria estão no caderno)
- Qual objetivo das medições em controle de em processos? 
- Qual o papel do técnico em química nesse contexto? 
“Identificar, conhecer, operar, otimizar e controlar processos químicos e instrumentos”.
Instrumentação - Controle das diversas variáveis físicas e/ou químicas nos processos industriais. Exemplos: pressão, temperatura, vazão, nível, umidade, densidade etc. Preocupa-se com o estudo, o desenvolvimento, a aplicação e a operação dos instrumentos. 
Processo - Uma operação onde uma característica varia no decorrer do tempo. Exemplo: No processo de aquecimento de água sua temperatura varia com tempo.
PRESSÃO
Fundamentos de hidrostática 
A fluidez de um líquido pode ser explicada a partir de sua estrutura atômica ou molecular. 
Átomos de um líquido estão mais afastados uns dos outros que no estado sólido. Por isso, as forças entre os átomos tornam-se mais fracas, permitindo que eles se desloquem com alguma facilidade. Como consequência, os líquidos não são rígidos, não têm forma definida e se escoam com pequeno atrito.
A pressão independe da direção, mas depende da profundidade. Independe da forma do recipiente.
Pressão hidrostática é a pressão exercida por uma coluna de líquido sobre a área da mesma.
Paradoxo da hidrostática. A forma de um reservatório não influi na pressão exercida sobre o fundo por um líquido contido nele.
Princípio de Arquimedes. Todo o corpo mergulhado em um líquido recebe um empuxo vertical, para cima, igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo (E=P)
Princípio de Pascal. Aumentando a pressão em um ponto de um líquido em equilíbrio, este aumento transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido. A prensa hidráulica é um dispositivo capaz de multiplicar forças com base no princípio de Pascal.
Pressão Absoluta 
é a pressão determinada pela diferença entre a pressão medida e o vácuo absoluto.
Pressão Manométrica (ou relativa) 
é a pressão determinada com a pressão atmosférica atuando sobre a coluna de líquido. 
Pressão Barométrica 
é a leitura da pressão atmosférica lida através de uma coluna de mercúrio com o recipiente aberto para a atmosfera.
a) Atmosfera Padrão - Pressão (num campo gravitacional padrão) equivalente a 1 atm ou 760 mmHg a 0oC ou outro valor qualquer. 
b) Pressão Atmosférica - Variável em função da altitude e temperatura.
Quanto maior a altitude, menor a quantidade de oxigênio, pois o ar fica menos denso, com mais espaços vazios entre as moléculas. A pressão atmosférica diminui, causando dor de cabeça, náuseas e prostração. Já em grandes profundidades, o perigo é a pressão sobre o peito do mergulhador, um obstáculo ao trabalho dos músculos na respiração.
Classificação dos medidores de pressão
Podem ser divididos em três grupos: 
(1) os que são baseados na medida da altura de uma coluna Líquida (manômetro, barômetro),
(2) os que são baseados na medida da deformação de uma câmara elástica de pressão (Elementos a Tubo Bourdon; Foles ou sanfonas; Membranas ou Diafragma),
(3) os dispositivos sensores elétricos (Manômetros a Deformação. Transdutor Piezorresistivos , Transdutor Piezelétricos)
Os padrões de pressão utilizados pelos laboratórios industriais consistem usualmente num manômetro de coluna de mercúrio (Figura 1.1) ou de padrões de peso estático (Figura 1.2).
Métodos a coluna líquida
São dispositivos que medem a pressão baseados no equilíbrio da pressão desconhecida contra uma pressão exercida por uma coluna líquida. 
A Figura 1.3 mostra um barômetro que mede a pressão atmosférica (patm) que está em equilíbrio com a pressão dentro do tubo que é devida ao peso da coluna de mercúrio e pode ser indicada por pHg. O aparelho esquematizado na Figura 1.4 é um manômetro, empregado para medir a pressão de uma amostra de gás contida em um recipiente fechado. Constrói-se o manômetro colocando-se um líquido na parte inferior de um tubo em U e a amostra do gás em um dos ramos do mesmo. Se o ramo do tubo, do lado direito, estiver aberto e em contato com a atmosfera, a pressão exercida sobre a superfície do liquido, neste ramo do tubo, é a pressão atmosférica patm. Ao mesmo nível do liquido, no outro ramo do tubo, a pressão deve ser igual, caso contrário haveria um fluxo de liquido de um ramo para o outro. No nível indicado pela linha tracejada nessa figura, a pressão no lado esquerdo é igual à pressão pgás devida ao gás aprisionado mais a pressão pliq exercida pela coluna de liquido situada acima da linha tracejada.Podemos, pois, escrever
 
Métodos a elementos elásticos.
Os medidores de pressão a elemento elástico são aqueles em que a pressão a medir deforma um material elástico (usualmente de natureza metálica), de modo que a deformação é aproximadamente proporcional à deformação aplicada. Estes dispositivos podem ser classificados, com generalidade, em três tipos: tubo Bourdon (Figura 1.5), fole (Figura 1.6) e membrana ou diafragma(Figura 1.7). Elementos a tubo Bourdon. É um dos dispositivos mais utilizados para medir pressão. O tubo Bourdon em C é o elemento elástico, ilustrado na Figura 1.5. Os manômetros desse tipo existem numa grande variedade de domínios de emprego, de dimensões do mostrador e de materiais de construção. 
Bourdon:
São dispositivos de baixo custo 
São usados quando a pressão não precisa ser transmitida para um sistema de controle 
Não se precisa exatidão
A deformação produzida no tubo é amplificada mecanicamente e transformada em movimento angular de um ponteiro associado a uma escala calibrada.
Foles ou sanfonas. 
É um cilindro com elasticidade axial, com dobras ou pregas profundas na superfície, Figura 1.6 (a). Pode ser usada em combinação com uma mola que lhe restringe o movimento, Figura 1.6 (b).
(Página 34 dos slides tem melhores fotos)
Membrana ou diafragma. 
As membranas podem ser classificadas em dois tipos principais: as que utilizam as características elásticas do diafragma e as que são atuadas por uma mola ou outro elemento elástico separado. A Figura 1.7 mostra um típico manômetro de diafragma, em que o movimento do diafragma é obstado por uma mola que determina a deflexão para uma dada pressão. O diafragma é flexível ou frouxo, de borracha, couro, tecido impregnado de plástico ou inteiramente de plástico. Este tipo é utilizado para medir pequenas pressões. 
Insensíveis à vibração.
Deslocamento máximo do diafragma deve ser 1/3 da espessura do diafragma buscando manter a linearidade.
 (Página 35, 36 e 37 dos slides tem melhores fotos)
CAPSULAR. Apropriado especialmnte para meios gasosos com baixíssimas pressões. Por exemplo, o medidor de pressão arterial. (Página 38 e 39 dos slides tem fotos ampliadas).
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Métodos elétricos 
Os dispositivos com sensores elétricos de medição de pressão podem ser divididos em três grupos: 
(1) manômetros a deformação, 
(2)Transdutores piezorresistivos e 
(3) pizelétricos. 
Manômetros a deformação.
Quando um fio ou um outro condutor elétrico é esticado, o seu comprimento aumenta e o seu diâmetro se reduz. As duas modificações dimensionais provocam um aumento da resistência elétrica do condutor.
Os dispositivos que usam redes de resistores filares para medir pequenas distorções em materiais sujeitos a tensões são denominados manômetros a deformação elástica. Os elementos medidores de pressão que operam nesta base existem em grande variedade de formas. Usualmente consistem num ou mais de um elemento elástico, descrito anteriormente, a que se acoplaram malhas elásticas para medir a deformação. Existem dois tipos básicos da forma dos manômetros: os com a rede ligada e os de rede desligada. Os manômetros com a rede de deformação ligada são aqueles que a têm fixada diretamente na superfície do elemento elástico cuja deformação deve ser medida. Os condutores podem ser fios ou uma folha gravada, conforme a ilustração da Figura 1.8. Os manômetros com fios condutores são construídos com fios de diâmetro de 1 a 1,5 milésimode polegada. Os dois tipos de condutor são usualmente colados a um portador ou substrato, de plástico ou papel, que por sua vez é ligado à superfície elástica, conforme a Figura 1.9
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Os manômetros de deformação elástica ficam usualmente ligados eletricamente ao circuito da ponte de Wheatstone, ilustrado na Figura 1.10. Na ponte com dois braços ativos, o elemento sensor fica montado numa parte deformada do dispositivo, enquanto o elemento de comparação fica montado numa parte não deformada. Com isto há compensação da expansão térmica dos suportes e da modificação da resistência dos elementos do manômetro em consequência da alteração de temperatura. Na ponte com quatro braços ativos, dois elementos são montados de modo a serem tensionados pelo aumento de pressão, e os outros dois são montados em compressão, ou sem qualquer tensão. Esta configuração aumenta a sensibilidade do transdutor e mantêm a característica de compensação da temperatura. As pontes normais usam uma tensão de 20 V ou menos, alternada ou contínua. A tensão elétrica de saída da ponte é baixa, com a deflexão na escala inteira da ordem de 4 mV/V de excitação.