Defina o bulbo do termômetro de dilatação de líquido de recipiente metálico.

Atualizámos a nossa política de privacidade de modo a estarmos em conformidade com os regulamentos de privacidade em constante mutação a nível mundial e para lhe fornecer uma visão sobre as formas limitadas de utilização dos seus dados.

Pode ler os detalhes abaixo. Ao aceitar, está a concordar com a política de privacidade atualizada.

Obrigado!

Ver política de privacidade atualizada

Encontrámos um problema, por favor tente novamente.

Apresentação em tema: "Equipamentos de Medição"— Transcrição da apresentação:

1 Equipamentos de Medição
Prof. Juarez Denadai ETEC tiquatira

2 Aspectos gerais da instrumentação
Os processos industriais exigem controle na fabricação de seus produtos. Estes processos são muito variados e abrangem diversos tipos de produtos, como, por exemplo, a fabricação dos derivados do petróleo, produtos alimentícios, a indústria de papel e celulose etc. Em todos estes processos é absolutamente necessário controlar e manter constantes algumas variáveis, tais como: pressão, vazão, temperatura, nível, pH, condutividade, velocidade, umidade etc. Os instrumentos de medição e controle permitem manter constantes as variáveis do processo, objetivando a melhoria em qualidade, o aumento em quantidade do produto e a segurança.

3 No princípio da era industrial, o operário atingia os objetivos citados através de controle manual destas variáveis, utilizando somente instrumentos simples (manômetro, termômetro, válvulas manuais etc.), e isto era suficiente, por serem simples os processos. Com o passar do tempo, estes foram se complicando, exigindo um aumento da automação nos processos industriais, através dos instrumentos de medição e controle. Enquanto isso, os operadores iam se liberando de sua atuação física direta no processo e, ao mesmo tempo, ocorria a centralização das variáveis em uma única sala.

4 Terminologia Os instrumentos de controle empregados na indústria de processos (química, siderúrgica, papel etc.) têm sua própria terminologia. Os termos utilizados definem as características próprias de medida e controle dos diversos instrumentos: indicadores, registradores, controladores, transmissores e válvulas de controle. A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes, os usuários e os organismos que intervêm direta ou indiretamente no campo da instrumentação industrial.

5 FAIXA DE MEDIDA (range)
Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento. Expressa-se determinando os valores extremos.

6 ALCANCE (span) É a diferença algébrica entre o valor superior e o inferior da faixa de medida do instrumento.

7 ERRO É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida. Se tivermos o processo em regime permanente, chamaremos de erro estático, que poderá ser positivo ou negativo, dependendo da indicação do instrumento, o qual poderá estar indicando a mais ou menos. Quando tivermos a variável alterando seu valor ao longo do tempo, teremos um atraso na transferência de energia domeio para o medidor. O valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Esta diferença entre o valor real e o valor medido é chamada de erro dinâmico.

8 EXATIDÃO Podemos definir como a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. A exatidão pode ser descrita de três maneiras: Percentual do Fundo de Escala (% do FE) Percentual do Span (% do span) Percentual do Valor Lido (% do VL)

9

10 RANGEABILIDADE (largura de faixa)
É a relação entre o valor máximo e o valor mínimo, lidos com a mesma exatidão na escala de um instrumento.

11 ZONA MORTA É a máxima variação que a variável pode ter sem que provoque alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.

12 SENSIBILIDADE É a mínima variação que a variável pode ter, provocando alteração na indicação ou sinal de saída de um instrumento.

13 HISTERESE É o erro máximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala nos sentidos ascendente e descendente. Expressa-se em percentagem do span do instrumento. Deve-se destacar que a expressão zona morta está incluída na histerese.

14 REPETIBILIDADE É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em percentagem do span do instrumento. O termo repetibilidade não inclui a histerese.

15 FUNÇÕES DE INSTRUMENTOS
Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação de acordo com a função que desempenham no processo.

16 INDICADOR: Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na qual podemos ler o valor da variável. Existem também indicadores digitais que mostram a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas, como podemos observar na Figura.

17 REGISTRADOR: Instrumento que registra a variável através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico, como podemos observar na Figura .

18 TRANSMISSOR: A Figura apresenta um instrumento que determina o valor de uma variável no processo através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou eletrônico), cujo valor varia apenas em função da variável do processo.

19 TRANSDUTOR: Temos na Figura um instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações e fornece um sinal de saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é um tipo de transdutor que trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados.

20 CONTROLADOR: A Figura mostra um instrumento que compara a variável controlada com um valor desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida diretamente pelo controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor.

21 ELEMENTO FINAL DE CONTROLE:
Observe na Figura esse instrumento. Ele modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma malha de controle. Além dessas denominações, os instrumentos podem ser classificados em instrumentos de painel, campo, à prova de explosão, poeira, líquido etc. Combinações dessas classificações são efetuadas formando instrumentos de acordo com as necessidades.

22 Principais sistemas de medidas
Os sistemas podem ser classificados quanto à natureza de suas unidades fundamentais, quanto ao valor dessas unidades e também quanto às relações escolhidas na determinação dos derivados. Os principais sistemas são:

23

24 Medidores de Vazão

25 Curiosidade Na História, grandes nomes deixaram suas contribuições. Provavelmente a primeira foi dada por Leonardo da Vinci que, em 1502, observou que a quantidade de água por unidade de tempo que escoava em um rio era a mesma em qualquer parte, independente da largura, profundidade, inclinação e outros. Mas o desenvolvimento de dispositivos práticos só foi possível com o surgimento da era industrial e o trabalho de pesquisadores como Bernoulli, Pitot e outros.

26 Medição de Vazão É a determinação da quantidade de
líquidos, gases ou sólidos que passa por um determinado local por unidade de tempo. Unidades: litros/min (volumétrica) m3/h (volumétrica) galões/min (volumétrica) kg/h (mássica) libras/min (mássica)

27

28 Quando se mede a vazão em unidades de volume, devem ser especificadas as “condições base” consideradas. Assim, no caso de líquidos, é importante indicar que a vazão se considera “nas condições de operação”, ou a 0°C, 20°C, ou a outra temperatura qualquer. Na medição de gases, é comum indicar a vazão em Nm3/h (metros cúbicos normais por hora, à temperatura de 0°C e à pressão atmosférica) ou em SCFM (pés cúbicos standard por minuto: temperatura 60°F e 14,696 PSIA de pressão atmosférica).

29 Medição de Vazão A medição de vazão de fluidos sempre esteve presente na era da modernidade. O hidrômetro de uma residência; Marcador de uma bomba de combustível;

30 Medição de Vazão Em muitos processos industriais ela é uma necessidade, sem a qual dificilmente poderiam ser controlados ou operados de forma segura e eficiente. Controlar recebimento de Gás (GLP). Precisão na finalização de processos de mistura.

31 A relação básica para determinar a vazão do líquido é:
V = v . A onde: V = vazão volumétrica v = velocidade média do escoamento A = área da seção transversal do tubo Como a velocidade do fluido é afetada pela viscosidade, pela densidade, pelo atrito com a parede, o desempenho dos medidores de vazão é influenciado pelo número de Reynolds.

32 Tipos de medidores de vazão
Existem dois tipos de medidores de vazão: os de quantidade e os volumétricos.

33 Medidores de quantidade
São aqueles que, a qualquer instante, permitem saber a quantidade de fluxo que passou, mas não a vazão do fluxo que está passando, como por exemplo as bombas de gasolina, os hidrômetros, as balanças industriais etc. Medidores de quantidade por pesagem São as balanças industriais, utilizadas para medição de sólidos. Medidores de quantidade volumétrica São aqueles que o fluido, ao passar em quantidades sucessivas pelo mecanismo de medição, aciona o mecanismo de indicação. Estes medidores são utilizados como elementos primários das bombas de gasolina e dos hidrômetros, como por exemplo os da Figura 51: disco nutante, tipo pistão rotativo, tipo pás giratórias, tipo engrenagem etc.

34

35 Tipo Mássico Massa / tempo
Como um padrão fundamental de medição, a unidade de massa não é derivada de nenhuma outra fonte. Nenhuma variação afeta a massa do fluido cuja vazão está sendo medida. Alguns modelos: Coriolis Termal Dois Rotores

36 Principais Aplicações
Os Medidores Mássicos , em constante evolução, atendem a especificação dos mais variados processos, na medição de líquidos e gases nas indústrias Petroquímicas, Químicas, Petrolíferas, Farmacêuticas, Alimentícias e outros segmentos industriais. O funcionamento dos Medidores Mássicos baseia-se no principio de Coriolis medindo diretamente em massa o fluxo de líquidos e gases sem a necessidade da compensação de pressão, densidade , temperatura e viscosidade.

37 Fc = -2 mf (W . V) mf = massa do fluido em movimento W = velocidade angular dos tubos em torno do eixo de rotação V = velocidade do fluido no sistema

38 Medidor de Vazão Efeito Coriolis - Mássico
Características Indicados para controles precisos de processo e bateladas, aplicável na indústria em geral, onde é necessário confiabilidade e economia.

39 Medidor de Vazão Disco Nutante
Características Indicado para medição de fluidos industriais tais como produtos químicos, óleo diesel, querosene, álcool, óleos lubrificantes, água industrial, etc, e em especial no recebimento de caminhões de Gás (GLP).

40 Medidor de vazão Vortex
Características Este medidor é pelo princípio de Vortex com eletrônica inteligente, indicado para medir Gases, Líquidos e Vapores. Possibilidade de medição de Vazão em volume ou massa em tubulações.

41 Medidor de Vazão Mássico Thermal para Gases
Características Aplicação industrial e laboratorial, indicado para medir Gases em geral, Gases tóxicos ou corrosivos. Possibilita o controle da Vazão, saída de sinais de corrente ou tensão e comunicação Via serial RS.

42 Medidores volumétricos
São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo. A maioria dos medidores industriais mede a velocidade e infere a vazão volumétrica do fluido. A partir da velocidade e da área da seção transversal da tubulação tem-se a vazão volumétrica. Medem a quantidade de material instantânea.

43 Os medidores de vazão volumétricos se classificam de acordo com o método de medição:
Diferença da pressão (perda de carga) Deslocamento positivo Velocidade

44 1. Medidor de vazão por perda de carga
É o modelo mais usado. Vantagens: baixo custo e simplicidade Princípio de operação: Os medidores de vazão baseados na perda de carga são descritos pela equação de Bernoulli (derivada do balanço de energia mecânica; BEM), aplicada ao escoamento de um fluido passando por um estreitamento em um tubo.

45 Medição de vazão por pressão diferencial
A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários, colocados nas tubulações de forma tal que o fluido passe através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluido, diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode então ser medida a partir desta queda. Esse tipo de medição pode ser observado na Figura 52.

46

47 Dispositivos que medem a vazão pela diferença de pressão ou carga:
Orifício (A) Tubo de Venturi (B) Bocal (C) Tubo de Pitot (D) Medidor de cotovelo (E)

48 Dispositivos dos medidores volumétricos
Placa de orifício Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão diferencial, o mais simples e mais comumente empregado é o da placa de orifício. Consiste em uma placa precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação.

49

50

51

52 Indicadores e Transmissores de Vazão Tipo Placa de Orifício
É um dos meios mais usados para medição de fluxos. Vantagens: Apresenta simplicidade, custo baixo, ausência de partes móveis, pouca manutenção, instrumentação externa, etc

53 Desvantagens: Provoca
considerável perda de carga no fluxo, a faixa de medição é restrita, desgaste da placa, etc.

54 Tubo de venturi Os tubos de Venturi têm a vantagem de apresentar baixas perdas de carga. A perda de carga é menor porque não ocorre a separação de uma camada de fluido turbulenta, como ocorre na placa de orifício O medidor de Venturi é um tubo com uma entrada cônica curta e uma garganta reta comprida. Quando o líquido passa através da garganta, sua velocidade aumenta causando uma queda de pressão

55 A Figura 56 apresenta o tubo venturi, que combina, dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas. É usualmente instalado entre dois flanges, numa tubulação, sendo seu propósito acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressão estática. A recuperação de pressão em um tubo venturi é bastante eficiente, como podemos ver na Figura 56. Seu uso é recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.

56

57 Tubo de Pitot O Tubo de Pitot mede a velocidade.
   O Tubo de Pitot mede a velocidade. Consiste em dois tubos concêntricos, A e B, alinhados com a tubulação. O interno é aberto na ponta  e o externo conta com vários orifícios pequenos ao lado, . A leitura H depende da velocidade do fluido na tubulação acima do tubo A.

58 Medidores de área variável (Rotâmetro)
Rotâmetro: um tubo cônico + um flutuador calibrado. Quando não há fluxo de líquido, o flutuador descansa livremente no fundo do tubo. Quando o líquido entra pelo fundo do tubo, o flutuador sobe. A posição do flutuador varia com a vazão que pode ser lida diretamente em uma escala. Sua exata posição é o ponto no qual a diferença de pressões entre as superfícies superior e inferior se equilibram com o peso do flutuador.

59 São medidores de vazão por área variável, nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. Na Figura 53, na página a seguir, pode-se observar um rotâmetro.

60

61 Medidores de Vazão Tipo Rotâmetro
Desde que a vazão pode ser lida diretamente na escala, não há necessidade de instrumentos auxiliares como os manômetros dos tipos anteriores.

62 Medidores Especiais

63 Medidor de Vazão Ultrassônicos
Características Desenvolvido na relação tempo de trânsito do ultrassom no fluxo do fluido líquido que incorpora avanços em processamento de sinal digital. Usado na medição de Líquidos flexível Princípio de Medição: correlação da diferença de tempo de trânsito

64 Tabela de especificação de Medidores

65 Conclusão Existe uma grande dificuldade em encontrar um sistema de medição perfeito, pois o sistema de medição é comumente afetado por efeitos diversos relacionados ao meio ambiente, como a forma e a técnica de aplicação, pelas influências da própria grandeza. Concluímos que o medidor de vazão foi uma evolução indispensável para os processos, principalmente os industriais.

66

67 Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois as medidas de vazão, nível etc. podem ser feitas utilizando-se esse processo. Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área.

68

69

70

71

72 Dispositivos para medição de pressão
O instrumento mais simples para se medir pressão é o manômetro, que pode ter vários elementos sensíveis, utilizados também por transmissores e controladores. Vamos então ao estudo de alguns tipos de elementos sensíveis.

73 Tubo de Bourdon Consiste geralmente em um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência, tendo uma extremidade fechada e a outra aberta à pressão a ser medida. Com a pressão agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seção circular, resultando num movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento através da engrenagem é transmitido a um ponteiro que vai indicar uma medida de pressão. Quanto ao formato, o tubo de Bourdon pode se apresentar nas seguintes formas: tipo C, espiral e helicoidal, conforme a Figura.

74

75 Com o avanço da tecnologia, os manômetros de Bourdon helicoidal
e espiral caíram em desuso. Devido ao baixo custo e à boa precisão, os manômetros de Bourdon tipo C, apresentados na Figura 14, são os mais utilizados até hoje nas indústrias. Ao se aplicar uma pressão superior à atmosférica, o tubo muda seu formato para uma seção transversal mais circular. Nos manômetros que utilizam o Bourdon tipo C, devido ao pequeno movimento realizado por sua extremidade livre quando submetida à pressão em medição, é necessária a utilização de um mecanismo para amplificação deste movimento. Este mecanismo de amplificação empregado nos manômetros é chamado de máquina. Os materiais mais usados nos Bourdons são o aço-liga, aço inoxidável ou bronze fosforoso, que variam de acordo com o tipo de produto a ser medido e são recomendados pelo fabricante. A faixa de aplicação varia de 1kgf/cm2 de vácuo até 2.000kgf/cm2 de sobre pressão. Por recomendação do fabricante, a faixa da escala que possui maior precisão de medição é a faixa compreendida entre 1/3 e 2/3 da escala.

76 Coluna de líquido Consiste, basicamente, num tubo de vidro, contendo certa quantidade de líquido, fixado a uma base com uma escala graduada. As colunas podem ser de três tipos: coluna reta vertical, reta inclinada e em forma de U. Os líquidos mais utilizados nas colunas são: água (normalmente com um corante) e mercúrio. Quando se aplica uma pressão na coluna, o líquido é deslocado (observe as Figuras), sendo este deslocamento proporcional à pressão aplicada.

77

78

79 Tipo capacitivo A principal característica dos sensores capacitivos é a completa eliminação dos sistemas de alavancas na transferência da força/deslocamento entre o processo e o sensor. Este tipo de sensor resume-se na deformação, diretamente pelo processo de uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total, que é medida por um circuito eletrônico. Esta montagem, se, de um lado, elimina os problemas mecânicos das partes móveis, de outro, expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente à temperatura do processo. Este inconveniente pode ser superado através de circuitos compensatórios de temperatura, montados junto ao sensor. Observe um sensor capacitivo na Figura, a seguir.

80

81 Tipo STRAIN GAUGE Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se as suas dimensões. O sensor consiste em um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base, dobrando-se tão compacto quanto possível. Esta montagem denomina- se tira extensiométrica, como se pode ver nas Figuras . Uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de apoio rígido, enquanto a outra extremidade será o ponto de aplicação da força. Da física tradicional sabemos que Pressão = Força/ área. Portanto, ao inserirmos uma pressão na câmara de um sensor strain gauge, sua lâmina sofre uma deformação proveniente desta força aplicada. Esta deformação altera o comprimento do fio fixado na lâmina, provocando mudança em sua resistência. A faixa de aplicação deste sensor varia de 2” de H2O a psi, e sua precisão gira em torno de 0,1% a 2% do fim de escala.

82

83 Tipo piezoelétrico Os elementos piezoelétricos 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. São elementos pequenos e de construção robusta, e seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão, sendo capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências. O efeito piezoelétrico é um fenômeno reversível. Se for conectado a um potencial elétrico, resultará em uma correspondente alteração da forma cristalina. Este efeito é altamente estável e exato, sendo por isso utilizado em relógios de precisão. A carga devida à alteração da forma é gerada sem energia auxiliar, uma vez que o quartzo é um elemento transmissor ativo. Esta carga é conectada à entrada de um amplificador e indicada ou convertida em um sinal de saída, para tratamento posterior. Observe a Figura 20. Como vantagem, esse efeito apresenta uma relação linear Pressão x Voltagem produzida e é ideal para locais de freqüentes variações de pressão. Sua principal desvantagem é o fato de, em condições estáticas, apresentar redução gradativa de potencial, além de ser sensível à variação de temperatura.

84

85

86 O objetivo de se medirem e controlarem as diversas variáveis físicas em processos industriais é obter produtos de alta qualidade, com melhores condições de rendimento e segurança, a custos compatíveis com as necessidadesn do mercado consumidor. Nos diversos segmentos de mercado, seja químico, petroquímico, siderúrgico, cerâmico, farmacêutico, vidreiro, alimentício, papel e celulose, hidrelétrico, nuclear entre outros, a monitoração da variável temperatura é fundamental para a obtenção do produto final específico.

87 Conceito Termometria significa medição de temperatura. Eventualmente, alguns termos são utilizados com o mesmo significado, porém, baseando-se na etimologia das palavras, podemos definir:

88 Temperatura e calor Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas, moléculas que se encontram em contínuo movimento. Quanto mais rápido o movimento das moléculas, mais quente se apresenta o corpo, e quanto mais lento, mais frio. Então define-se temperatura como o grau de agitação térmica das moléculas. Na prática a temperatura é representada em uma escala numérica, onde quanto maior o seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo em questão. Outros conceitos que se confundem às vezes com o de temperatura são o de energia térmica e o de calor.

89

90 Até o final do século XVI, quando foi desenvolvido o primeiro dispositivo para avaliar temperatura, os sentidos do nosso corpo foram os únicos elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo estava mais quente ou frio do que outro, apesar da inadequação destes sentidos do ponto de vista científico. A literatura geralmente reconhece três meios distintos de transmissão de calor: condução, radiação e convecção.

91

92 Escalas de temperatura
Desde o início da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes de termômetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada à temperatura por meio de escalas reproduzíveis, como existia na época, para peso, distância e tempo. As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram a Fahrenheit e a Celsius. A escala Fahrenheit é definida atualmente com o valor 32 no ponto de fusão do gelo e 212 no ponto de ebulição da água. O intervalo entre estes dois pontos é dividido em 180 partes iguais, e cada parte é um grau Fahrenheit. A escala Celsius é definida atualmente como o valor zero no ponto de fusão do gelo e 100 no ponto de ebulição da água. O intervalo entre os dois pontos está dividido em 100 partes iguais, e cada parte é um grau Celsius. A denominação “grau centígrado” utilizada anteriormente no lugar de “grau Celsius” não é mais recomendada, devendo ser evitado o seu uso.

93

94

95 Medidores de temperatura por dilatação/expansão
Termômetro à dilatação de líquido Os termômetros à dilatação de líquidos baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura, dentro de um recipiente fechado. Os tipos podem ser de vidro transparente ou de recipiente metálico. Variar conforme sua construção:

96 Os líquidos mais usados são: mercúrio, tolueno, álcool e acetona.
TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO É constituído de um reservatório, cujo tamanho depende da sensibilidade desejada, soldada a um tubo capilar de seção, mais uniforme possível, fechado na parte superior. O reservatório e parte do capilar são preenchidos por um líquido. Na parte superior do capilar existe um alargamento que protege o termômetro no caso de a temperatura ultrapassar seu limite máximo. Após a calibração, a parede do tubo capilar é graduada em graus ou frações deste. A medição de temperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo da coluna líquida. Os líquidos mais usados são: mercúrio, tolueno, álcool e acetona. Nos termômetros industriais, o bulbo de vidro é protegido por um poço metálico, e o tubo capilar, por um invólucro metálico. A Tabela 4 apresenta o ponto de solidificação e de ebulição desses líquidos, assim como as suas faixas de uso.

97

98 No termômetro de mercúrio, pode-se elevar o limite máximo até 550ºC, injetando-se gás inerte sob pressão, para evitar a vaporização do mercúrio. Por ser frágil, é impossível registrar sua indicação ou transmiti-la a distância. O uso deste termômetro é mais comum em laboratórios ou em indústrias, com a utilização de uma proteção metálica. A Figura 21 mostra alguns desses termômetros.

99

100 TERMÔMETRO À DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO
Neste termômetro, o líquido preenche todo o recipiente e, sob o efeito de um aumento de temperatura, se dilata, deformando um elemento extensível (sensor volumétrico), como se observa na Figura.

101

102 Termômetros à pressão de gás
Fisicamente idêntico ao termômetro de dilatação de líquido, consta de um bulbo, elemento de medição e capilar de ligação entre estes dois elementos. O volume do conjunto é constante e preenchido com um gás a alta pressão. Com a variação da temperatura, o gás varia sua pressão, conforme aproximadamente a lei dos gases perfeitos, com o elemento de medição operando como medidor de pressão. Observa-se que as variações de pressão são linearmente dependentes da temperatura, sendo o volume constante.

103

104 Termômetros à dilatação de sólidos (termômetros bimetálicos)
Princípio de funcionamento Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura.

105 Características de construção
O termômetro bimetálico consiste em duas lâminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas, formando uma só peça. Variando- se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional à temperatura. Na prática a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, como mostra a Figura , o que aumenta bastante a sensibilidade. O termômetro mais usado é o de lâmina helicoidal, que consiste em um tubo bom condutor de calor, no interior do qual é fixado um eixo. Este eixo, por sua vez, recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. A faixa de trabalho dos termômetros bimetálicos vai aproximadamente de -50oC a 800oC, sendo sua escala bastante linear. Possui precisão na ordem de ± 1%.

106

107 Medição de temperatura com termopar
Um termopar consiste em dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas, conforme mostra a Figura 25. Os fios são soldados em um extremo, ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de FEM (força eletromotriz), fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência.

108

109

110 Nível é a altura do conteúdo, que pode ser sólido ou líquido, de um reservatório.
Trata-se de uma das principais variáveis utilizadas em controle de processos contínuos, pois através da medição de nível torna-se possível:

111 Métodos de medição de nível de líquido
Os três tipos básicos de medição de nível são o direto, o indireto e o descontínuo.

112

113 Métodos de medição de nível de líquido
Os três tipos básicos de medição de nível são o direto, o indireto e o descontínuo. Medição de nível direta É a medição para a qual tomamos como referência a posição do plano superior da substância medida. Neste tipo de medição podemos utilizar réguas ou gabaritos, visores de nível, bóia ou flutuador.

114 1) RÉGUA OU GABARITO Consiste em uma régua graduada que tem um comprimento conveniente para ser introduzida no reservatório a ser medido. Observe a figura. A determinação do nível se efetuará através da leitura direta do comprimento molhado na régua pelo líquido.

115 2) VISORES DE NÍVEL Este medidor usa o princípio dos vasos comunicantes. O nível é observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhando o visor. São simples, baratos, precisos e de indicação direta. Esta medição é feita em tanques abertos e tanques fechados, como os da figura. Nessa medição pode-se usar vidro reflex, para produtos escuros sem interfaces, ou vidro transparente, para produtos claros e sua interface.

116

117 3) BÓIA OU FLUTUADOR Consiste numa bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente encontrada em tanques abertos.

118 Medição de nível indireta
Neste tipo de medição o nível é medido indiretamente em função de grandezas físicas como: pressão, empuxo, radiação e propriedades elétricas. MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA (PRESSÃO DIFERENCIAL) Neste tipo de medição usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos indiretamente o nível. Essa técnica permite que a medição seja feita independente do formato do tanque, seja ele aberto, seja pressurizado. Neste tipo de medição, utilizamos um transmissor de pressão diferencial cuja cápsula sensora é dividida em duas câmaras: a de alta (H) e a de baixa pressão (L).

119

120 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO DIFERENCIAL EM TANQUES ABERTOS
Supressão de zero Para maior facilidade de manutenção e acesso ao instrumento, muitas vezes o transmissor é instalado abaixo do tanque. Outras vezes a falta de uma plataforma de fixação em torno de um tanque elevado resulta na instalação de um instrumento em um plano situado em nível inferior à tomada de alta pressão. Em ambos os casos, uma coluna líquida se formará com a altura do líquido dentro da tomada de impulso. Se o problema não for contornado, o transmissor indicará um nível superior ao real. Observe a Figura.

121

122 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR PRESSÃO DIFERENCIAL EM TANQUES PRESSURIZADOS
Para medição em tanques pressurizados, a tubulação de impulso da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão do transmissor de nível. A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida pela coluna de líquido no fundo do reservatório. A câmara de baixa pressão do transmissor de nível é conectada na tubulação de impulso da parte superior do tanque, onde mede somente a pressão exercida sob a superfície do líquido. Veja a Figura, na página ao lado.

123

124 MEDIÇÃO DE NÍVEL COM BORBULHADOR
Com o sistema de borbulhador (Figura 42) podemos detectar o nível de líquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer líquidos a distância. Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gás e uma pressão ligeiramente superior à máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. Este valor em geral é ajustado para aproximadamente 20% a mais que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O sistema borbulhador engloba uma válvula agulha, um recipiente com líquido, no qual o ar ou gás passará, e um indicador de pressão. Com o nível no máximo, ajustamos a vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas quantidades. Um tubo levará esta vazão de ar ou gás até o fundo do vaso que queremos medir o nível. Teremos então um borbulhamento bem sensível de ar ou gás no líquido que terá seu nível medido. Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um indicador de pressão que indicará um valor equivalente à pressão, devido ao peso da coluna líquida. Nota-se que teremos condições de instalar o medidor a distância.

125

126 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR EMPUXO
Fundamenta-se no princípio de Arquimedes. A força exercida pelo fluido, no corpo nele submerso ou flutuante, chamamos de empuxo (Figura 43). Baseando-se no princípio de Arquimedes, usa-se um deslocador (displacer), que sofre o empuxo do nível de um líquido, transmitindo para um indicador este movimento, por meio de um tubo de torque. O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível estamos medindo, pois o empuxo varia com a densidade.

127

128 MEDIÇÃO DE NÍVEL POR ULTRA-SOM
O ultra-som consiste em uma onda sonora cuja freqüência de oscilação é maior que aquela sensível pelo ouvido humano, ou seja, acima de 20 Khz. A geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico. Esta excitação é transferida de molécula a molécula, com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das mesmas. A propagação do ultra-som depende, portanto, do meio (sólido, líquido ou gasoso). Assim, a velocidade do som é a base para a medição através da técnica de eco, usada nos dispositivos ultra-sônicos.

129 As ondas de ultra-som são geradas e captadas pela excitação elétrica de materiais piezoelétricos. A característica marcante dos materiais piezoelétricos é a produção de uma freqüência quando aplicamos uma tensão elétrica. Assim, eles podem ser usados como gerador de ultra-som, compondo, portanto, os transmissores. Inversamente, quando se aplica uma força em uma material piezoelétrico, ou seja, quando ele recebe um sinal de freqüência, resulta o aparecimento de uma tensão elétrica no seu terminal. Nesta modalidade, o material piezoelétrico é usado como receptor do ultra-som.

130 Os dispositivos do tipo ultra-sônico podem ser usados tanto na detecção contínua de nível como na descontínua. Os dispositivos destinados à detecção contínua de nível caracterizam- se, principalmente, pelo tipo de instalação, ou seja, os transdutores podem encontrar-se totalmente submersos no produto, ou instalados no topo do equipamento sem contato com o produto.

131 Medição de nível descontínua
Estes medidores são empregados para fornecer indicação apenas quando o nível atinge certos pontos desejados, como, por exemplo, em sistemas de alarme e segurança de nível alto ou baixo.

132 MEDIÇÃO DE NÍVEL DESCONTÍNUA
POR CONDUTIVIDADE Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimento diferente. Quando houver condução entre os eletrodos, teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido (Figura 49).

133 MEDIÇÃO DE NÍVEL DESCONTÍNUA POR BÓIA Diversas técnicas podem ser utilizadas para medição descontínua, desde uma simples bóia acoplada a contatos elétricos, até sensores eletrônicos do tipo capacitivo ou ultra-sônico, que se diferenciam pela sensibilidade, tipo de fluido, características operacionais de instalação e custo (Figura 50).

O que é o bulbo do termômetro?

Qual é o princípio de funcionamento do termômetro de dilatação de líquido de recipiente metálico?

O que é um termômetro de dilatação?

Como é o funcionamento do termômetro de coluna líquida?