Upload
rogerio-miranda
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/31/2019 Parte 04 - Presso
1/61
InstrumentaInstrumentaoo
AplicadaAplicadaIndIndstria dostria doPetrPetrleoleo
-Instrumentos de Presso
7/31/2019 Parte 04 - Presso
2/61
Instrumentao PressoObjetivos
Estudar elementos e transmissores depresso mais utilizados
Recomendaes de instalao
Importante base de medio pois vazo envel podem ser medidos a partir de
transmissores de presso diferencial
7/31/2019 Parte 04 - Presso
3/61
Instrumentao PressoDefinio
Presso definida como ao de uma fora, por
unidade de rea.
A presso de um fluido contido num recipiente arazo entre a fora que este fluido exerce sobre asparedes e a rea sobre a qual esta fora atua.
Usualmente a presso expressa em unidade defora sobre rea, ou em altura de coluna de umlquido.
reafora
P =
7/31/2019 Parte 04 - Presso
4/61
Instrumentao PressoUnidades
Unidade de fora por Unidade de rea Pa (N/m2) Kgf/cm2
PSI (libra / polegada quadrada)
Coluna de lquido mm H2O pol H2O mm Hg (Torr) mca (metros de coluna de gua)
Outras Atm (presso atmosfrica ao nvel do mar)
7/31/2019 Parte 04 - Presso
5/61
Instrumentao PressoUnidades
Atmosfera Pascal Bar mm Hg m H2O Psi kgf/cm2Atmosfera 1 1,01325105 1,01325 760,0 10,33 14,6969 1,033Pascal 9,86910-6 1 10-5 7,50110-3 1,02010-4 1,450310-4 1,01910-5Bar 0,9869 100000 1 750,1 10,20 14,503 1,020mm Hg 1,31610-3 133,3 1,33310-3 1 1,36010-2 1,93410-2 13,60m H2O 9,67810-2 9807 9,80710-2 73,56 1 1,422 0,100Psi 0,068 6894,79 0,069 51,712 0,703 1 0,070
kgf/cm2 0,968 9,810104 0,9810 735,8 10,00 14,223 1
Regra prtica para ordem de grandeza:
1 atm 100 kPa 1 bar 1 kgf/cm2 10 mH2O
7/31/2019 Parte 04 - Presso
6/61
Instrumentao PressoReferenciais de Presso
Presso Absoluta a presso medida em relao ao vcuo(zero absoluto). Em geral utiliza-se a notao abs aps aunidade.
Presso Manomtrica ou Relativa a presso medida emrelao a presso atmosfrica (igual a 1atm ou 1,033 kgf/cm2 aonvel do mar 0oC). Em geral no se utiliza notao especial,sendo muito comum tambm o uso da letra g (gauge pressure)aps a unidade .
Presso Diferencial a medida do diferencial de pressoentre dois pontos.
Vcuo (zero absoluto)
Presso atmosfrica(14 psia)
Presso medida
Presso absoluta
(24,69 psia)
Presso manomtrica
(10 psig)
7/31/2019 Parte 04 - Presso
7/61
Instrumentao PressoPresso Esttica e Dinmica - Equao de Bernoulli
Esttica: a presso relativa criada por um
equipamento (bomba, compressor, ventilador) oupor uma coluna de lquido; Dinmica: a presso devida velocidade de um
fluido escoando. medida com a tomada recebendoo impacto do fluido.
Total: a soma das presses esttica e dinmica
h1
h2
V1
V2
a2
a1
2
22
21
21
1 22 hgv
Phg
v
P +
+=+
+
P1
P1
7/31/2019 Parte 04 - Presso
8/61
Instrumentao PressoManmetros de coluna tipo U
0
25
50
75
100
75
50
25
100
P atm
H
h1
P processo
h2
2
22
1
21
22hg
vPhg
vP atmprocesso +
+=+
+
21 hgPhgP atmprocesso +=+
)( 12 hhgPP atmprocesso =
HcteamanomtricPprocesso =][
7/31/2019 Parte 04 - Presso
9/61
Instrumentao PressoManmetros de coluna tipo U e reservatrio
h
H
F D
F d
P atm
P
hctemanP
DdhgPP atm
=
+=
][
1 22
7/31/2019 Parte 04 - Presso
10/61
Instrumentao PressoElementos Elsticos de Medio
Dispositivos que se deformam em funo
da presso exercida sobre eles: Diafragma Fole
Bourdon
Baseiam-se na lei de Hooke:Dentro de um limite de elasticidade, a
deformao provocada em um corposlido proporcional a fora aplicada
sobre ele
7/31/2019 Parte 04 - Presso
11/61
Instrumentao PressoDiafragma
P
Metlicos A deflexo do diafragma
proporcional presso. O elemento elstico o prprio
diafragma.
No-Metlicos So instalados em oposio a uma
mola ou outro elemento elstico.
O diafragma tem a funo de contero fludo e transmitir o movimento aum elemento elstico.
Em geral o diafragma corrugadopara aumentar sua rea efetivaP
7/31/2019 Parte 04 - Presso
12/61
Instrumentao PressoDiafragma
So elementos metlicos quesofrem expanso e retrao quandosubmetidos a presses.
Movimento resultante utilizado paraindicar / medir / controlar apresso.
Indicados para baixas presses
P
7/31/2019 Parte 04 - Presso
13/61
Instrumentao PressoTubo Bourdon
Tubo metlico, com seco oval, disposto em forma de arco.
Uma extremidade fechada. A outra conecta ao ponto demedio. A presso expande a seco do tubo. A ponta fechada do bourdon movimenta-se. Este movimento
amplificado atravs de engrenagens. Movimento amplificado utilizado para indicar / medir /controlar a presso.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
14/61
Instrumentao PressoBourdon Espiral - Hlice
So bourdons,
enrolados em espiralou em hlice devrios passos.
Maior amplitude demovimento e maisfora eliminam anecessidade desistemas de alavanca: Resposta mais rpida Menor tempo morto Mais preciso
7/31/2019 Parte 04 - Presso
15/61
Instrumentao PressoManmetros
So indicadores locais de presso.
Utilizam um elemento elstico de medio de presso. O movimento amplificado em um sistema de alavancas
e engrenagens e transmitido a um ponteiro. O ponteiro indica a presso medida sobre uma escala
calibrada. Normalmente medem a presso em relao a pressoatmosfrica.
Existem indicadores locais de diferencial de presso,utilizando dois tubos bourdon.
A faixa de aplicao e preciso dependem do tipo de
elemento elstico e do material. Presses at 150.000 psi (~10.000 kgf/cm2); Presses de 0,2 a 120 pol H2O Preciso 1% do fundo de escala, encontrando-se tambm
0,1%.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
16/61
Instrumentao PressoManmetros
7/31/2019 Parte 04 - Presso
17/61
Instrumentao PressoRecomendaes Instalao de Manmetros
Presso mxima que os manmetros operam
continuamente deve ser inferior a 75% do final deescala. Presso de operao normal no meio da escala. Recomenda-se a operao (mnima e mxima) na
faixa de 25% a 75%. Instalar o instrumento sempre com uma vlvula de
bloqueio e outra de dreno para possibilitar retiradado mesmo em operao.
Utilizar um amortecedor de pulsaes ouenchimento com glicerina no visor sempre que omanmetro estiver em contato com fluidos queapresentem bruscas variaes de presso, como no
caso de descargas de bombas alternativas.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
18/61
Instrumentao PressoRecomendaes Instalao de Manmetros
Em presena de fluidos corrosivos, lquidos com
tendncia a solidificao em temperatura ambiente,alta temperatura e slidos em suspenso, deve-seutilizar lquido de selagem, preferencialmente comdiafragma de selagem. Lquidos usuais : Glicerina, silicone e querosene. Materiais do diafragma : Monel, nquel e ao inox.
Utilizar sifo ou serpentina de resfriamento quandoem presena de vapores condensveis, para
minimizar efeitos de elevada temperatura, retendo ocondensado formado junto ao resfriamento. O lquido que fica retido na curva do tubo-sifo esfria e
essa poro de lquido que ir ter contato com osensor elstico do instrumento, no permitindo que a
alta temperatura do processo atinja diretamente omesmo.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
19/61
Instrumentao PressoRecomendaes Instalao de Manmetros
7/31/2019 Parte 04 - Presso
20/61
Instrumentao PressoManmetros
7/31/2019 Parte 04 - Presso
21/61
Instrumentao PressoTransmissores
Elemento que detecta uma grandeza atravs de um
sensor e converte para um sinal padronizado 4 a 20 mA 3 a 15 psi Protocolos digitais como Foundation Fieldbus
Transmissores Inteligentes so aqueles quepossuem capacidade de processamento e decomunicao (HART, FF, etc.). Podem executaralgumas tarefas alm da simples medio econverso:
Linearizao Autodiagnose Extrao de raiz quadrada Compensao de temperatura, presso, etc. Controle PID
Etc.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
22/61
Instrumentao PressoTransmissor Pneumtico
Converte adeformao doelemento elsticoem um sinalpneumtico 3 a 15 psi.
O principalelemento dotransdutor o
sistema bico-palheta ou bocal-obturador.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
23/61
Instrumentao PressoTransmissor Eletrnico
Barra de fora transmite o
movimento do elementoelstico a um sistemaeletromagntico.
Movimento do detector
altera indutncia,alterando a sadaeletrnica.
O sinal de sada ajustado para o protocolode transmissopadronizado 4 a 20 mA.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
24/61
Instrumentao PressoTransmissor clula capacitiva
7/31/2019 Parte 04 - Presso
25/61
Instrumentao PressoTransmissor clula capacitiva
PA
CA
CB
PB
PA Presso Cmara de alta
PB Presso Cmara de baixa
CA Capacitor Alta
CB Capacitor Baixa
Constante dieltrica
A rea da placaD Distncia entre as placas
dAC =
7/31/2019 Parte 04 - Presso
26/61
Instrumentao PressoTransmissor clula capacitiva
7/31/2019 Parte 04 - Presso
27/61
Instrumentao PressoTransmissor clula capacitiva
7/31/2019 Parte 04 - Presso
28/61
Diferencial de presso
Presso manomtrica Presso absoluta Rangeabilidade 200:1 Preciso 0,025%
At 700 kgf/cm2
Instrumentao PressoTransmissor DP cell capacitivo
7/31/2019 Parte 04 - Presso
29/61
7/31/2019 Parte 04 - Presso
30/61
Instrumentao PressoStrain Gauge
Strain Gauge um elemento que quando
submetido a uma tenso mecnicaapresenta variao de resistncia eltrica.
Todo condutor submetido a tenso eltricase apresenta como um strain gaugeR = L/S
7/31/2019 Parte 04 - Presso
31/61
Instrumentao PressoStrain Gauge
Apenas poucos materiais se apresentam
economicamente interessante para seremutilizados como strain gauges
Medio da fora comumente feita emuma ponte de Wheatstone.
Em geral existe a necessidade de correode temperatura
7/31/2019 Parte 04 - Presso
32/61
Instrumentao PressoStrain Gauge
3 4
3 2 4 1
out in
R RV V
R R R R
=
+ +
7/31/2019 Parte 04 - Presso
33/61
Instrumentao PressoTransmissor com Strain Gauge
Elemento sensor de presso Bourdon Fole
Diafragma
Strain gauge conectado ao elemento sensor
Fonte de alimentao estvel
Dispositivo de leitura da resistncia do strain gaugeatravs da corrente ou tenso.
Amplificador do sinal de leitura Conversor para o protocolo do sinal de sada
Etc.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
34/61
Instrumentao PressoSilcio Ressonante
O sensor composto por dois ressonadores de silcio
em forma de H. Os ressonadores so montados sobre um diafragma
7/31/2019 Parte 04 - Presso
35/61
Instrumentao PressoSilcio Ressonante
O ressonador posto na presena de um
campo magntico e aplica-se um correntede excitao sobre o mesmo.
Na presena do campo magntico e sobao de uma corrente alternada oressonador oscila entrando em ressonncia,numa freqncia especfica
A freqncia de ressonncia proporcionalao comprimento do silcio ressonante.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
36/61
Instrumentao PressoSilcio Resonante
7/31/2019 Parte 04 - Presso
37/61
Instrumentao PressoTransmissor por Silcio Ressonante
So utilizados dois ressonadores, de mesmo
tamanho, montados em posies diferentes de umdiafragma.
Com a presso equilibrada, os ressonadoresapresentam a mesma freqncia de ressonncia.
Com um diferencial de presso, um ressonador comprimido e o outro tracionado.
Ambos tem sua freqncia de ressonncia alterada.
Diferena de freqncia de ressonncia proporcionalao diferencial de presso.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
38/61
Instrumentao PressoSilcio Ressonante
7/31/2019 Parte 04 - Presso
39/61
Instrumentao PressoSilcio Resonante
7/31/2019 Parte 04 - Presso
40/61
7/31/2019 Parte 04 - Presso
41/61
Instrumentao PressoLVDT Linear Variable Dual Transformer
Sensor de movimento linear Dispositivo indutivo composto por um
transformador cujo ncleo de ferro (ferrite)se movimenta.
Movimentao do ncleo altera a relutnciado transformador alterando assim acorrente de sada.
A corrente de sada, proporcional aodeslocamento do ncleo, aplicada a umsistema bobina-ncleo, alterando a fora deatrao levando o sistema a um equilbrio.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
42/61
Instrumentao PressoLVDT Linear Variable Dual Transformer
7/31/2019 Parte 04 - Presso
43/61
Instrumentao PressoLVDT Linear Variable Dual Transformer
Nos transmissores de presso por LVDT, de
maneira semelhante ao strain gauge, oncleo conectado a um elemento sensorde presso:
Bourdon Fole Diafragma
7/31/2019 Parte 04 - Presso
44/61
Instrumentao PressoPiezoeltricos
Elementos piezoeltricos so cristais que aosofrerem uma deformao geram uma tensoeltrica (milivolts) e ao serem submetidos a umatenso eltrica sofrem pequena deformao fsica. Quartzo Turmalina
TitanatoPresso= Fora / rea
Elementos piezoeltricos quando sob influncia depresso geram uma tenso eltrica.
Num transmissor de presso com sensorpiezoeltrico, a tenso eltrica proporcional apresso aplicada ao sensor amplificada econvertida para um sinal conveniente.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
45/61
Instrumentao PressoRecomendaes de Instalao
Devem ser instalados com vlvulas de
bloqueio e dreno para permitir retirada emoperao.
As linhas de impulso (conectam ostransmissores ao processo) devem ser asmenores possveis.
Tomadas na parte inferior das linhas devemser evitadas pela possibilidade de acmulode sedimentos.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
46/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
Em servios com gs, o transmissor deveser instalado preferencialmente acima datomada, para evitar acmulo de lquido.
Em servios com lquidos ou vaporcondensvel, o transmissor deve serinstalado preferencialmente abaixo da
tomada, para evitar acmulo de gs.
7/31/2019 Parte 04 - Presso
47/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
48/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
49/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
50/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
51/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
Quando em presena de fluidos corrosivos,
lquidos com tendncia a solidificao emtemperatura ambiente, alta temperatura eslidos em suspenso deve-se utilizarselagem:
Lquida Selo remoto
7/31/2019 Parte 04 - Presso
52/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
Lquida Fludo de processo (preferencial)
ou fludo compatvel e mais denso:querosene, glicerina ou silicone Te de enchimento - preferencialmente Pote de selagem medies de vapor
Selo remoto Utilizado em medies com hidrognio a alta
presso Em caso de medidores de presso diferencial,
utilizar capilares de mesmo comprimento Comprimento do capilar afeta tempo de resposta Observar temperatura mxima de operao do
fluido de enchimento Observar faixa de presso admissvel para o selo
7/31/2019 Parte 04 - Presso
53/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
54/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
55/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
56/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
Instalaes com presena de slidos em
suspenso, lquidos que podem sesolidificar ou coquear na linha de impulso eem fluidos corrosivos ou que possamdanificar o sensor deve-se prever purga.
A purga deve ser com gs ou lquido queseja compatvel com o processo e com oinstrumento
A purga tem funo de limpar as conexese linhas de impulso e servir como selagem
7/31/2019 Parte 04 - Presso
57/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
58/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
7/31/2019 Parte 04 - Presso
59/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
Instalaes onde o fluido de processo pode sesolidificar a temperatura ambiente deve utilizarisolamento trmico com aquecimento por trao devapor (steam trace)
Deve-se isolar e aquecer da tomada at o ponto deselagem
I t t P
7/31/2019 Parte 04 - Presso
60/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao
I t t P
7/31/2019 Parte 04 - Presso
61/61
Instrumentao Presso
Recomendaes de Instalao