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Medidores de Pressão II - Algumas Informações

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Tópicos: Medidores sem Coluna de Líquido | Transdutores de Pressão |

1) Medidores sem Coluna de Líquido

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Os medidores de coluna de líquido não são adequados para pressões altas ou para casos de interação entre o fluido a medir e o líquido da coluna. Além disso, ocupam certo espaço e precisam operar em uma determinada posição, o que dificulta a portabilidade.

Os medidores sem coluna de líquido usam em geral a deformação elástica das paredes de um elemento, normalmente metálico, submetidas à pressão do fluido. O manômetro de tubo de Bourdon é um dos mais utilizados. Um tubo de paredes finas e seção transversal aproximadamente retangular é fabricado na forma de uma curva conforme exemplo da Figura 1-I. Sob ação da pressão, o raio da curva varia e o movimento aciona um mecanismo de engrenagens e ponteiro para indicação numérica. O tubo de Bourdon pode ser fabricado em forma de espiral ou hélice para maior sensibilidade.

Manômetro de tubo de Bourdon
Fig 1-I

Há também medidores que usam sistemas de diafragma ou fole, conforme respectivamente (a) e (b) da Figura 1-II. O fole é normalmente mais sensível que o diafragma. O movimento do diafragma ou do fole pode ser usado para acionar ponteiros de forma similar ao anterior, sensores ou chaves elétricas.

Medidor de diafragma e de fole
Fig 1-II

O barômetro aneroide (Figura 1-III) usa o princípio do diafragma ou fole mencionados. Uma cápsula (ou várias em sequência para maior sensibilidade) com vácuo parcial é mantida em equilíbrio sob ação de uma mola.

Barômetro aneróide
Fig 1-III

Variações da pressão do ar contraem ou expandem a cápsula e o movimento é usado para acionar um mecanismo de ponteiro ou um sistema registrador (barógrafo). Altímetros mecânicos usados em aviões operam de forma similar, com escalas em unidades de comprimento e não de pressão.


2) Transdutores de Pressão

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A evolução da tecnologia possibilitou o desenvolvimento de dispositivos mais avançados do que os simples indicadores locais de pressão. Os transdutores (ou sensores) elétricos de pressão convertem os valores em grandezas elétricas que são usadas, local ou remotamente, para leitura e/ou controle de processos.

Transdutores potenciométricos são simples e operam conforme esquema da Figura 2-I. Um fole (ou tubo de Bourdon) aciona um potenciômetro que converte os valores de pressão em valores de resistência elétrica.

Transdutor potenciométrico
Fig 2-I

São de baixo custo, podem operar sob diversas condições, o sinal pode ter intensidade boa, dispensando amplificações. Mas 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.

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.

Transdutor capacitivo
Fig 2-II

A Figura 2-II dá esquema de um tipo para medir diferença de pressão, mas pode ser singelo com uma das câmaras fechada. Usados para pressões desde vácuo até cerca de 70 MPa. Diferenças a partir de aproximadamente 2,5 Pa. Precisão de até 0,01 % do fundo de escala. Boa estabilidade térmica.

O transdutor de deformação usa um sensor tipo strain gage para indicar a deformação do diafragma provocada pela pressão.

Transdutor de deformação
Fig 2-III

Pode medir pressão diferencial conforme esquema da Figura 2-III ou ter construção singela, para apenas uma entrada. Precisão até aproximadamente 0,25% do fundo de escala. Há tipos para as mais diversas faixas de pressões (0,001 a 1400 MPa).

Nos transdutores óticos (Figura 2-IV), um anteparo conectado ao diafragma aumenta ou diminui a intensidade de luz, emitida por uma fonte (led), que um fotodiodo recebe. E um circuito eletrônico completa o dispositivo.

Transdutor ótico
Fig 2-IV

Em geral, há um segundo fotodiodo que serve de referência para compensar variações da luminosidade da fonte com o tempo. 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.

Há várias configurações para transdutores indutivos. Uma delas é dada na Figura 2-V: o núcleo de um transformador move-se de acordo com a pressão sobre o diafragma. Supondo uma situação inicial simétrica, se uma tensão alternada é aplicada ao primário, a tensão de saída será nula porque os secundários estão ligados em oposição. O desequilíbrio provocado pelo movimento do diafragma aumenta a tensão em um secundário e diminui no outro e o circuito transforma essa diferença em sinal correspondente à pressão.

Transdutor indutivo
Fig 2-V

Esse tipo de transformador é denominado, na língua inglesa, LVDT (Linear Variable Differential Transformer), isto é, transformador linear diferencial e variável. A estabilidade térmica é boa, mas são sensíveis a campos magnéticos e a vibrações. Pressões nas faixas de 0,2 a 70 MPa.

Os transdutores piezelétricos usam o efeito de mesmo nome para gerar o sinal elétrico.

Transdutor piezelétrico
Fig 2-VI

Se o circuito só processa a tensão gerada devido ao efeito piezelétrico, o dispositivo registra apenas variações de pressão, pois a tensão cai rapidamente em condições estáticas, o que pode ser útil em algumas aplicações. Mas há circuitos que detectam a frequência de ressonância do cristal e, portanto, podem medir pressões estáticas. São sensíveis a variações de temperatura e a instalação requer cuidados especiais.

Nos transdutores de fio ressonante, um fio metálico, com uma extremidade presa no diafragma, é mantido sob tensão pelo efeito de uma mola.

Transdutor de fio ressonante
Fig 2-VII

Um deslocamento do diafragma varia a tensão no fio e, por consequência, sua frequência de ressonância. Uma bobina próxima e um circuito apropriado detectam as variações, convertendo-as em sinal elétrico. Têm alguma sensibilidade a variações de temperatura, a vibrações e a choques. A saída não é linear e deve ser compensada pelo circuito. Fabricados para faixas desde pequenas pressões até cerca de 40 MPa.

Nota: os esboços aqui apresentados são apenas ilustrativos do modo de operação. Não correspondem necessariamente às formas físicas reais dos dispositivos. As informações são resumidas e não devem ser tomadas como critérios de seleção. Vários fatores devem ser analisados para uma escolha. Exemplo: compatibilidade com o fluido, faixa de medição, temperatura de operação, precisão, custo, estabilidade térmica, resistência à corrosão (do fluido e do ambiente), interferências (campos magnéticos, vibrações, etc), facilidade de manutenção e reposição, resistência a sobrecargas e choques, confiabilidade, interface elétrica, etc.
Referências
Pesquisa na Internet em 07/2008. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Abr/2018