• Diafragmas; • Foles;
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3 - Elementos Mecânicos para Medição
• 3.2 Elementos Mecânicos Elásticos de
Medição de Pressão
Elemento Aplicação Atuação mínima Atuação máxima
Diafragma
Pressão Vácuo
Abrangendo faixa de vácuo e pressão
0 a 5 mmH2O -5 a 0 mmH2O 5 mmH2O 0 a 400 psi -76 a 0 cmHg Fole Pressão Vácuo
Abrangendo faixa de vácuo e pressão
0 a 130 mmH2O -130 a 0 mmH2O 130 mmH2O 0 a 800 psi -76 a 0 cmHg Bourdon Pressão Vácuo
Abrangendo faixa de vácuo e pressão
0 a 12 psi -76 a 0 cmHg
12 psi
3 - Elementos Mecânicos para Medição
– 3.2.a Diafragmas
• Nos medidores de pressão industriais utilizando elementos primários elásticos, são utilizados dois tipos básicos de diafragmas:
– Metálicos;
– Não metálicos.
• Nos diafragmas metálicos, a pressão é medida com base na deflexão do próprio diafragma.
• No caso dos diafragmas não metálicos, eles geralmente são instalados em oposição a uma mola calibrada ou outro elemento elástico. Este tipo de diafragma é utilizado apenas com a função de conter a pressão/fluido do processo e transmitir a força resultante ao elemento primário elástico ou
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
• 3.2.a.1 Diafragmas Metálicos
• O diafragma metálico é um dispositivo primário
elástico, geralmente utilizado para medir pressões relativamente baixas.
• Este dispositivo geralmente consiste de um
diafragma simples de lâmina de metal corrugado ou de uma ou mais cápsulas soldada entre si, de forma que cada uma das cápsulas deflexione à medida que a pressão é aplicada.
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
• 3.2.a.1 Diafragmas Metálicos (cont.)
• A deflexão total será a soma da deflexão de todas as cápsulas.
• As cápsulas são compostas de duas lâminas em forma de concha, soldadas entre si.
• Existem diversos tipos de materiais que podem ser utilizados na confecção de diafragmas metálicos e os mais utilizados são latão, bronze-fosforoso,
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
• 3.2.a.1 Diafragmas Metálicos (cont.)
• A deflexão de uma concha de diafragma metálico depende dos seguintes fatores:
– diâmetro da concha;
– espessura do metal utilizado; – tipo de corrugações;
– número de corrugações;
– módulo de elasticidade do material utilizado; – pressão aplicada.
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
• 3.2.a.1 Diafragmas Metálicos (cont.)
• Na confecção de um elemento de diafragma, os elementos acima são levados em conta, no
sentido de se obter uma deflexão que tenha a relação mais linear possível com a pressão aplicada.
• A sensibilidade de um elemento de diafragma
pode ser melhorada, aumentando-se o número de corrugações e diminuindo-se a sua altura,
havendo, entretanto, um sacrifício da linearidade. A máxima sensibilidade para pequena deflexão é obtida utilizando-se um diafragma liso, sem
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
• 3.2.a.2 Diafragmas não Metálicos
• Os diafragmas não metálicos são conectados ao processo em que se quer medir / controlar a
pressão e se movem atuando em oposição a uma mola calibrada ou algum outro elástico.
• Os materiais não metálicos usualmente utilizados na confecção de diafragmas são teflon, neoprene, polietileno, etc.
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– 3.2.a Diafragmas (cont.)
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– 3.2.b Foles
• Os foles são elementos elásticos que sofrem expansão e retração quando submetidos a
pressões, sendo o movimento resultante utilizado para indicar/medir/controlar pressão.
• Os foles, geralmente são confeccionados através de estrangulamentos axiais sucessivos, aplicados a um tubo metálico de parede fina e sem costura. Os materiais mais utilizados na confecção de foles são latão, bronze-fosforoso, cobre-berílio, monel e aço inoxidável.
3 - Elementos Mecânicos para Medição
– 3.2.b Foles
• A escolha do material a ser utilizado é feita considerando-se a pressão a ser
medida/controlada e as condições de corrosão a que o fole estará exposto.
• Visando-se uma maior vida útil, geralmente utiliza- se uma mola em oposição ao fole e, com isso,
utiliza-se apenas uma parte do deslocamento máximo do fole e evita-se sua deformação.
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• Os tubos de Bourdon geralmente são compostos de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de circunferência, tendo uma de suas
extremidades fechadas e conectadas ao
dispositivo de indicação/transmissão ou controle do instrumento e a outra extremidade aberta e
conectada ao processo cuja pressão será medida. • Com a pressão agindo no interior do tubo de
Bourdon, ocorre um movimento em sua extremidade fechada; esse movimento é
transmitido através de engrenagens a um ponteiro ou mecanismo que, por sua vez, irá indica/
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• Este dispositivo foi patenteado em 1852 por E. Bourdon.
• Os tubos Bourdon podem ser fabricados nos seguintes tipos/formas: C, espiral e helicoidal.
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• 3.2.c.1 Manômetro de Bourdon em C
• Consiste de um tubo metálico de paredes finas, achatado para formar uma seção elíptica e
encurvado para formar um segmento de círculo. • Uma extremidade acha-se adaptada para a
ligação com a fonte de pressão, a outra está selada e pode-se movimentar livremente.
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• 3.2.c.1 Manômetro de Bourdon em C
• A pressão do tubo atua sobre a seção elíptica, forçando-a a assumir a forma circular, ao mesmo tempo em que o tubo encurvado tende a
desenrolar.
• Por serem estes movimentos muito pequenos, são amplificados por um dispositivo formado por uma coroa e um pinhão, o suficiente para girar o eixo de um ponteiro em redor de uma escala graduada, calibrada em unidades de pressão.
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
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3 - Elementos Mecânicos para Medição
– 3.2.c Tubos de Bourdon
• 3.2.c.2 Manômetro de Bourdon Espiral
• Estes manômetros utilizam um tudo de Bourdon achatado formando uma espiral com diversas voltas.
• Com a pressão aplicada a extremidade aberta, a espiral tende a desenrolar transmitindo um
movimento grande à extremidade livre.
• Por meio de uma ligação simples o movimento é transferido ao braço de um ponteiro, não havendo necessidade de coroa e de pinhão, como no caso anterior.
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• 3.2.c.3 Manômetro de Bourdon Helicoidal • É similar ao tipo espiral, sendo que o tubo
achatado de Bourdon é enrolado em forma de hélice com quatro a cinco voltas completas.
• O Bourdon helicoidal é usado para registradores de temperatura e pressão.
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• Fatores de Erro em Medições Utilizando Tubo Bourdon • As variações na temperatura ambiente são responsáveis por
alterações na deflexão do tubo Bourdon.
• A maioria dos materiais elásticos tem seu módulo de elasticidade diminuído com a temperatura.
• O erro introduzido pela temperatura em um tubo Bourdon é dado por:
E = 0,02 ∙ T ∙ P/Ps • Onde:
– E = erro porcentual do Bourdon;
– T = variação de temperatura sofrida pelo Bourdon; – P = pressão aplicada;
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– 3.2.c Tubos de Bourdon
• Fatores de Erro em Medições Utilizando Tubo
Bourdon
• Este erro pode ser compensado utilizando-se um bimetal, conforme figura abaixo.
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