1. Há séculos que se conhecem métodos mecânicos de medição de pressão. Os manómetros de tubo em
U, foram os primeiros indicadores de temperatura. Originalmente, estes tubos eram feitos de vidro e as
escalas eram adicionadas conforme fosse necessário. Mas os manómetros são largos, tornando-se
incómodos, e não estão bem ajustados para integração nas cadeias automáticas de controlo. No
entanto, os manómetros encontram-se usualmente no laboratório, ou são usados como indicadores
locais. Dependendo da pressão de referência usada, podem indicar pressões absolutas, atmosféricas e
diferenciais.
Frequentemente utilizam-se termos como medidor, sensor, transdutor e transmissor de pressões. O
termo medidor de pressão refere-se usualmente a um indicador que converte a pressão detectada, num
movimento mecânico de um ponteiro. Um transdutor de pressão pode combinar o elemento primário de
um medidor com um conversor mecânico/eléctrico ou mecânico/pneumático e um fornecimento de
potência. Um transmissor de pressão é um“pacote”estandardizado de medição de pressão que
consiste em três componentes básicos: um transdutor, seu fornecimento de potência e um
condicionador/retransmissor de sinal que converte o sinal do transdutor num output estandardizado.
Os transmissores de pressão podem usar sinais pneumáticos (3-15 psig), electrónicos (4-20mA) ou
ainda electrónicos digitais.
Da mecânica à electrónica
Os primeiros medidores de pressão usavam elementos flexíveis como sensores. Assim que a pressão
mudava, o elemento flexível deslocava-se, e este movimento era utilizado para fazer rodar um ponteiro
dum mostrador. Nestes sensores mecânicos de pressão, um tubo de Bourdon, um diafragma, detecta a
pressão do processo e causa um movimento correspondente.
2. Sensores de pressão de diafragma.
Os diafragmas são populares entre os elementos primários e flexíveis de pressão, porque requerem
menos espaço e porque o movimento (ou força) que produzem, é suficiente para operar transdutores
electrónicos (ver figura 1).
Estão também disponíveis numa larga variedade de materiais para processos corrosivos.
Depois dos anos 20, os sistemas de controlo automático evoluíram começando a ser comuns os
transmissores de pressão e as salas centralizadas de controlo a partir dos anos 50. Por essa razão o
diafragma não esteve mais que estar ligado a um ponteiro mas servia para converter a pressão do
processo num sinal, eléctrico ou pneumático. De início, o acoplamento mecânico era ligado a um
transmissor pneumático de pressão, que geralmente gerava um sinal de saída de 3-15 psig para a
transmissão entre distâncias de várias centenas de pés. Mais tarde com a evolução da electrónica do
estado contínuo e o aumento das distâncias de transmissão, os transmissores de pressão tornaram-se
electrónicos. Os primeiros sinais de saída foram 10-50mV, 1-5mV e 0-100mV, mas depois passaram
estar compreendidos entre 4-20mA.
3. Os manómetros de diafragma são instrumentos sensíveis, usados em processos de baixa pressão não
excedendo os 15 psi. O diafragma é o elemento sensível deste medidor, podendo ser liso, ondulado ou
um misto de liso e ondulado (normalmente é ondulado uma vez que assim aumenta o desvio sem reduzir
a resistência).
Quando ar, gás ou líquido entram no sistema, uma pressão vai ser aplicada ao diafragma provocado a
sua deformação. Esta é transmitida a um ponteiro do instrumento indicador, permitindo-nos saber então
qualé a pressão do sistema.
4. Construção
O manómetro de diafragma tem como principais constituintes um diafragma, uma base, uma peça
chamada "movement", uma caixa, um visor, um ponteiro e um mostrador.
Usualmente o metal é aquecido antes de modelar para produzir um limite elástico máximo. Depois de
modelar, os diafragmas são aquecidos para libertar pressões e depois são quimicamente limpos.
Materiais
Diafragmas metálicos - Os materiais mais comuns são o aço inoxidável e bronze fosforoso, entre outros.
São também utilizados o titânio, tântalo, etc.
Diafragmas Não-metálicos - Os materiais mais usados são as borrachas sintéticas. No entanto, estes
materiais costumam vir reforçados com outros materiais tais como algodão e nylon.
A título de exemplo, apresentam-se os materiais de construção de um manómetro muito vendido da
Marsh:
l Diafragma – bronze fosforizado;
l Base – bronze;
l "Movement"– policarbonato e bronze;
l Caixa – aço resistente à oxidação, terminado com esmalte preto cozido;
l Visor – lente de polímero acrílico;
l Ponteiro –alumínio pintado de preto;
l Mostrador – Alumínio revestido de branco com escalas pretas.
5. Para medição com extensómeros a relação entre a tensão de saída e a pressão é linear com erro
inferior a 0.3 % desde que a deformação do disco na zona central seja inferior a 1/4 da espessura da
membrana. Os discos são dimensionados para obedecer a este critério.
A frequência máxima que é possível medir com este manómetro depende da frequência de ressonância
dos elementos mecânicos, havendo sensores capazes de funcionar desde 0 até 10 kHz.
Em seguida indicam-se de uma forma resumida as principais características do manómetro de diafragma:
l Gama de medida: 0-1000 Mpa
l Linearidade: Linear
l Precisão: 0.1% FE
l Estabilidade: Boa
l Preço: Médio/Alto
Para os diafragmas usados nas medição de pressão a deformação está normalmente limitado a 0.002 in
(0.05 mm).
6. Este tipo de medidor é utilizado muitas vezes para a medição de baixas pressões, mas nem sempre isso
se verifica. Dá-se aqui um exemplo para um medidor específico de um determinado fabricante:
(*) - Estes valores referem-se a um medidor cujo rebordo tem 160 mm de diâmetro. Se o diâmetro for diferente, a gama
de medida não será a mesma.
Pode consultar a secção de fabricantes para obter informação detalhada para diferentes manómetros.
7. Na calibração de qualquer manómetro temos que ter em conta três factores:
a) zero
b) multiplicação ou faixa
c) angularidade
Por vezes pode ser necessário fazer um ajuste de um deles. O ajuste do zero não influi nos outros
ajustes.
Factores a ter em conta na calibração: (a) zero, (b) multiplicação, (c) angularidade
O ajuste do zero do manómetro faz-se colocando o ponteiro no valor mínimo da escala com o
diafragma em estado de repouso. Como podemos pela figura 2 (a) a diferença entre o valor real e a
indicação é igual para toda a faixa.
A multiplicação ou faixa pode-se definir da seguinte forma: razão dos movimentos do elemento e da
pena (ver figura 2 (b) ).
Angularidade é o deslocamento desigual da pena para a mesma quantidade de incremento da variável
medida nas diferentes regiões da escala. O seu ajuste faz-se variando o camprimento do braço. (ver
figura 2 (c) )
8. Existem diferentes medidores uma vez que nem sempre as condições de um determinado processo são
as mesmas. Por isso temos que saber como escolher um determinado medidor. Esta selecção é
diferente de fabricante para fabricante.
A selecção é feita da seguinte maneira:
l Tamanho do mostrador
l Tamanho da caixa
l Material do tubo e base
l Tamanho da ligação
l Localização da ligação
l Características opcionais
l Gama de medida da pressão
9. O preço do medidor obviamente varia de fabricante para fabricante. Apresenta-se na tabela seguinte os
preços de dois diferentes.
Custo do aparelho para diferentes fabricantes: Marsh e Omega.
(*) – Existem estes três preços diferentes, dependentes dos locais de ligação do instrumento
www.foxboro.com
www.rototherm.co.uk
10. Vantagens
l Simples
l Compactos
l Requerem pouca manutenção
l Feito com grande resistência à corrosão
l Tolera formação de cristais
l O elemento sensível (diafragma) tem grande duração
Desvantagens
l Requerem uma calibração muito cuidada.
l Normalmente este tipo de medidor é aplicável para baixas pressões.