Medidores de pressão – Manômetros – parte 2

Os tipos de medidores mais utilizados nos processos produtivos são os do tipo elásticos (principalmente o de tubo de Bourdon). Eles são muito mais robustos, podem ser feitos de diversos tipos de materiais para melhor compatibilidade química, já que seu elemento sensor está diretamente em contato com o produto e também possui vários acessórios para condicioná-lo a uma melhor medição e evitar desgastes prematuros.

Medidores de pressão tipo elásticos

Seu princípio de medição baseia-se na lei de Hooke, essa lei foi descoberta após uma série de experimentos do cientista inglês Robert Hooke, em 1678. Ele constatou que uma série de materiais, quando submetidos a uma força externa, sofrem variações na sua dimensão linear inicial, assim como a sua área e secção transversal inicial.

O fenômeno da variação linear, Hooke denominou como alongamento, descrito da seguinte forma:

Quanto maior a força aplicada (carga nominal) e o comprimento do material, maior o alongamento, e que, quanto maior a área de secção transversal e a rigidez do material (módulo de elasticidade), menor o alongamento, resultando a equação:

O módulo de elasticidade é:

Sendo assim a lei de Hooke é descrita como:

Onde:

Δl = alongamento da peça (m)

σ = Tensão normal (Pa)

F = carga nominal aplicada (N)

A = área da secção transversal (m²)

E = módulo de elasticidade do material (Pa)

L = comprimento inicial da peça

O alongamento será positivo quando a carga aplicada tracionar (deslocar por tração, ou puxar) a peça, e será negativo quando a carga aplicada comprimir a peça.

Resumindo, a lei de Hooke determina que o módulo da força aplicada em um corpo é proporcional à deformação provocada.

A deformação pode ser dividida em elástica (material retorna ao seu tamanho normal ao cessar a força sobre ele, até o limite de elasticidade do material), plástica ou permanente (material deforma e não retorna ao seu estado normal mesmo retirada a força) e ruptura (o material cede e rompe).

Os medidores de pressão tipo elásticos (inclusive os manômetros tipo elástico) trabalham com pressões sempre abaixo do limite de elasticidade, para poder retornar ao seu estado normal, quando a pressão for retirada, mantendo assim suas características de construção e calibração.

      Esses medidores podem ser classificados em dois tipos:

1. Conversão da deformação do elemento de recepção de pressão em sinal elétrico ou pneumático;
2. Indicação ou amplificação da deformação do elemento de recepção através da conversão de deslocamento linear em ângulos, com o uso de dispositivos mecânicos.

Funcionamento dos medidores

O medidor tipo elástico é aquele que seu elemento de recepção mede pressão através da deformação elástica, sendo que quanto maior a pressão, maior será a deformação. Essas deformações são medidas através de dispositivos mecânicos, elétricos ou eletrônicas.

Iremos explorar o segundo item, deixando o primeiro para um artigo sobre transmissores.

Manômetro tipo elástico

A deformação causa pela é pressão é de deslocamento linear, o qual é convertido proporcionalmente em movimento angular através de mecanismo específico, sendo que para indicação é colocado um ponteiro em uma escala para determinada faixa de medição.

Elementosde recepção para medidores tipo elásticos

A tabela abaixo mostra os principais elementos de recepção para medidores do tipo elástico, assim como a faixa de trabalho em que se enquadram.

Manômetro tubo de Bourdon

Será a base desse artigo por ser o mais utilizado na indústria. É um tubo de secção transversal oval, fechada em uma ponta e a outra aberta para receber a pressão que pode estar disposto em forma de “C”, espiral ou helicoidal.

A construção básica de um manômetro Bourdon em “C” está ilustrado abaixo:

Fonte: site www.instrumentação.com

Os três tipos de Bourdon estão ilustrados abaixo:

Fonte: www.google.com.br

Material do Bourdon

Dependendo da faixa da pressão e da compatibilidade química do material do Bourdon com fluido, se é determinado o material para a confecção do tubo. A tabela abaixo indica os materiais mais comuns para a fabricação do tubo.

Classificação dos manômetros tipo elástico Boudon

Os manômetros são classificados quanto ao tipo de pressão medida e a classe de precisão.

Quanto à medição de pressão, pode ser manométrica, vácuo ou diferencial.

Quanto à precisão, podemos classifica-los como:

Faixa de operação

A pressão normal medida deve estar em torno de 25 a 75% da pressão máxima do manômetro, quando a pressão for estática o ideal é que esteja em torno de 60% da escala máxima do manômetro.

Tipos construtivos

Temos vários tipos construtivos de manômetros, alguns serão relacionados abaixo:

• Manômetro fechado

Utilizados em locais onde esteja exposto ao tempo ou locais com pressões pulsantes. Quando exposto ao tempo possui caixa com grau de proteção adequada, podendo ser utilizado em ambientes com pó em suspensão ou jatos de água, quando trabalha com pressões pulsantes, sua caixa é preenchida em 2/3 com glicerina para evitar a fadiga prematura do Bourdon e seus mecanismos internos devido vibração mecânica.

• Manômetro de pressãodiferencial

Adequando para medir pressões diferenciais entre dois pontos (duas tomadas de pressão) em um processo. A pressão indicada é a resultante da diferença entre as pressões aplicadas aos Bourdons (é composto por dois Bourdons em oposição), podendo assim medir pressão diferencial, nível, vazão, perda de carga em filtros, devido entupimento.

• Manômetro duplo

São dois Bourdons independentes na mesma caixa e utilizando o mesmo mostrador, para medir pressões distintas, só que com a mesma faixa de trabalho.

• Manômetro com selagem líquida

Utilizado em processos industriais com incompatibilidade química entre o material do manômetro e o fluído do processo ou para processos com fluídos corrosivos, viscosos, tóxicos ou com altas temperatura, devido a fragilidade do Boundon, podendo danifica-lo.

A selagem é um tipo de isolação do fluído de processo e o tubo de Boudon, o tipo de fluído de selagem mais utilizado é a glicerina, por ser inerte para quase todos fluídos. A selagem pode ser feita com pote de selagem, com diafragma ou para altas temperaturas por sifão.

Acessórios

Para adequar as condições para medição em campo ou para aumentar a durabilidade do instrumento são utilizados diversos acessórios que serão relacionados abaixo:

• Amortecedores de pulsação

Os amortecedores de pulsação têm como objetivo restringir a passagem do fluído do processo até o ponto em que a pulsação se torne muito baixa ou nula. O amortecedor é instalado antes da conexão do manômetro, pode-se observar seu efeito acompanhando a diminuição da pulsação através do ponteiro (que significa que o Bourdon está trabalhando excessivamente), aumentando assim a vida útil do manômetro e aumentando a precisão nas medições.

• Sifões

Os sifões servem como selo e, além disso, também servem para diminuir a temperatura do processo que chega ao manômetro, muito utilizado em linhas de vapor. O líquido diminui a temperatura quando fica retido na curva do tubo-sifão e através da troca térmica esfria, esse líquido mais frio que entrará em contato com o Bourdon, evitando que a temperatura excessiva entre em contato com ele.

• Supressores de pressão

Protegem os manômetros que ultrapassam ocasionalmente as condições normais de operação. Ele protege o tubo de Boudon evitando sua ruptura.

Seu funcionamento está relacionado com a velocidade de incremento da pressão. Seu ponto de ajuste deve ser atingido de modo que com incremento lento de pressão seu bloqueio se dê entre 80 e 120% do valor da escala do manômetro. Em incrementos rápidos o bloqueio é dado em qualquer valor inferior a 80% da escala.

• Contato

Alguns manômetros utilizam contatos montados em sua caixa de proteção. Esses contatos são acionados quanto o ponteiro move um elemento de acionamento, normalmente um pino metálico, e o sensor é acionado quando esse pino entre no seu campo de acionamento. O funcionamento fica parecido com um pressostato (chave de pressão, aciona um micro switch quando a pressão chega a um valor ajustado), porém com indicação em campo.

Ajuste

Se durante uma calibração (processo de compara a medição do instrumento com um valor padrão), o manômetro apresentar desvio acima do satisfatório (critério de aceitação), ele deve ser ajustado. Um procedimento básico de ajuste será mostrado abaixo, lembrando que os valores encontrados em uma calibração posterior ao ajuste, dependem da exatidão do instrumento, dos desgastes mecânicos e vida útil.

Basicamente os manômetros possuem três pontos de ajustes, o de zero, de span e o de linearidade (angularidade).

-Ajuste de zero: serve para fazer com que uma pressão correspondente a 0% do span da faixa de trabalho produza uma leitura de 0% do span da faixa medida.

-Ajuste de span: serve para fazer com que uma pressão correspondente a 100% do span da faixa de trabalho produza uma leitura de 100% do span da faixa medida.

-Ajuste de linearidade: serve para fazer com que um valor de pressão medida entre 0% e 100% corresponda ao valor real da pressão aplicada.

 Procedimento genérico para o ajuste do manômetro deve seguir os seguintes passos:

1. Aplicar o valor de pressão de 0% da faixa de trabalho e ajustar o zero do instrumento;
2. Aplicar o valor de 100% da faixa de trabalho e ajustar o span; 
3. Reajustar o zero; 
4. Reajustar o span; 
5. Refazer os passos 3 e 4 até que o zero e o span até que os ajustes não saiam mais (devido interação entre zero e span); 
6. Após o ajuste de zero e de span, verificar se os valores de 25, 50 e 75 % da faixa de trabalho estão ajustados. Se esses pontos estiverem com um desvio maior do que o recomendado pelo fabricante, fazer o ajuste de angularidade e repetir todos os passos anteriores.

Como referência para o ajuste de angularidade, pode-se ajustar a mesa do manômetro até que o desvio obtido para o valor de 50% do span seja aumentado em cinco vezes.

Detalhe, a escala do manômetro ocupa ¾ de 360°.

Espero ter conseguido expor um pouco sobre os manômetros tipo elástico Bourdon, apesar de ter outros manômetros tipo elástico como o de diafragma, cápsula, fole, foi explorado o tipo Bourdon devido seu uso comum nas indústrias.