1
Q
Tipos de medidores de temperatura
A
-contato direto:
*termometro a dilatação (liquidos, solidos)
*termometro a pressão (liquido, gás, vapor)
*termometro a par termoelétrico
*termometro a resistencia eletrica
-contato indireto:
*pirometro optico
*pirometro fotoelétrico
*pirometro de radiação
1
Q
Termometro a dilatação de liquido
A
Lei de expansão volumétrica de um liquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado
2
Q
Tipos de termometro a dilatação de liquido
A
-recipiente de vidro transparente
-recipiente metálico
3
Q
Recipiente de vidro
A
-reservatório e tubo capilar
-preenchidos de um liquido
-câmara de expansão
-liquidos mais usados:
*mercurio, tolueno, alcool, acetona.
4
Q
Utilização de termometros de vidro
A
-medidor barato
-pequena flutuação
-leitura local (registro e transmissão)
-pressão abaixo de + ou -1%
-não necessario resposta rápida
5
Q
Recipiente metálico
A
*líquido preenche todo o instrumento
*ΔT: liquido se dilata deformando elasticamente o elemento sensor
*elemento sensor: acoplado a um ponteiro sobre escala graduada
*leitura linear
6
Q
recipiente metalico - utilização
A
*uso industrial para indicação e registro - leituras remotas
*mais preciso dos sistemas mecânicos de medição de temperatura (+ ou - 0,5%)
*alto tempo de resposta - controle
7
Q
Termômetro à Dilatação de sólido (Termômetro Bimetálico)
A
*dilatação linear dos metais com a temperatura
*duas laminas de metal justapostas (peça unica)
*espiral ou helicoidal (hélice)
*extremidade da hélice é fixa e a outra é ligada a um ponteiro que pode girar livremente sobre uma escala circular graduada
Mede a temperatura proporcionalmente à curvatura formada pelos diferentes tipos de material.
8
Q
Termometro bimetálico - utilização
A
*similar as dos termometros de vidro
*mais resistentes em relação ao vidro - condições de trabalho mais pesados
*respostas rápidas não são exigidas
*não registra, para medição local
9
Q
Termômetro à Pressão de Gás
A
*Lei de Charles e Gay-Lussac:“A pressão de um gás é proporcional à temperatura, se mantivesse constante o volume do gás (PV = znRT)
*similar termometros de liquido com capilares metalicos
*bulbo é geralmente maior (maior força)
*tipos de gas de enchimento: N2, He, Ne ou CO2
10
Q
Termômetro à Pressão de Gás -utilização
A
*industrias: indicação, registro e controle
*sistema mecanico de medição - resposta mais rápida
11
Q
Termometros de resistencia
A
- Processos industriais:
– estabilidade mecânica e térmica
– resistência à contaminação
– índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso
– influência de ruídos - Variação da resistência ôhmica em função da temperatura.
- Materiais mais utilizados: Platina, Cobre, Níquel
(Interferência: pode captar ruído devido à alta sensibilidade)
12
Q
TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA: Sensor
A
– Pt (platina):
* T mais elevadas
* Encapsulamento: cerâmica ou vidro
13
Q
Bulbo de Resistência Tipo Pt-100.
A
– mais usada industrialmente:
* estabilidade
* precisão !!!
– Característica: resistência de 100Ω a 0ºC.
14
Q
Vantagens de termometros de resistencia
A
- Precisão dentro da faixa de utilização
- Estabilidade e repetibilidade
- Limitação para distância de operação.
- Fios de cobre comuns.
- Utilização em qualquer ambiente (poços e tubos de proteção)
- Curva de Resistência x Temperatura: mais linear.
- Ruídos elétricos.
15
Q
Desvantagens de termometros de resistencia
A
- Custo
- Vida-útil
- T estabilizada: medição correta
- Tempo de resposta
- Fragilidade
- Auto-aquecimento
16
Q
Termopares
A
- Termômetro a par termoelétrico
- Termopares - sensores de maior uso
industrial - -200 a 2.300ºC
- Precisão
- Repetibilidade
- custo
17
Q
Principio de funcionamento dos termopares
A
*dois condutores metálicos unidos em suas extremidades e estas mantidas à diferentes temperaturas
18
Q
Tipos e Características dos Termopares
A
- Combinações de 2 metais condutores: termopares
- Combinações de fios: relação razoavelmente linear entre temperatura e f.e.m.;
- f.e.m. por grau de mudança de temperatura: detectável
- Três grupos:
– Termopares Básicos ou Base Metálica
– Termopares Nobres ou Base de Platina
– Termopares Especiais ou Novos
19
Q
Termopares básicos
A
*maior uso industrial
*custo
*limite de erro
20
Q
Termopares básicos (Tipo T)
A
- Tipo T
– Composição: Cobre (+) / Constantan (-) (Cobre - Níquel)
– -184 a 370ºC
– Características:
* resistentes a corrosão em atmosferas úmidas, oxidantes ou redutoras, vácuo
* T abaixo de zero
* Aplicação: indústrias de refrigeração e ar condicionado e baixas temperaturas em geral (Criometria)
21
Q
Temopares básicos (Tipo J)
A
- Tipo J
– Composição: Ferro (+) / Constantan (-) (cobre–Níquel)
– Faixa: -40 a 750ºC
– Características:
* Custo ! um dos mais utilizados (indústria )
* Uso: vácuo, atmosferas oxidantes, redutoras e inertes
* T abaixo 0ºC ! rápida degradação do fio de ferro
* Indústrias em geral até 750ºC (Ex. centrais de energia, metalurgia, química, petroquimica)
22
Q
Temopares básicos (Tipo E)
A
- Tipo E
– Composição: Cromel (+) (Níquel-Cromo)/ Constantan (-)
(Cobre-Níquel)
– -200 a 900ºC
– Características:
* atmosferas oxidantes e inertes
* Uso em T < 0oC (corrosão em atm úmidas)
* apresenta maior geração de V/ºC ! útil na detecção de pequenas alterações de temperatura
* Aplicação: Uso geral até 900ºC (Ex: química,
petroquímica)
23
Q
Temopares básicos (Tipo K)
A
- Tipo K
– Composição: Cromel (+) (Níquel-Cromo) / Alumel (-) (NíquelAlumínio + Manganês e Silício)
– -200 a 1200ºC
– Características:
* Uso: atm oxidantes ou inertes
* Alta resistência à oxidação comparativamente ao T, J e E - largamente usados em temperaturas superiores a 540ºC.
* Faixa ótima: 760o-1200oC
* T abaixo de zero (ocasionalmente)
* Aplicação: metalúrgicas, siderúrgicas, cimento e cal, vidros, cerâmicas, em geral
24
Termopares nobres
– Ligas de platina
– Custo
– Instrumento receptor de alta sensibilidade - baixa potência termoelétrica (geração mV / ºC)
– Precisão
25
Termopares nobres (Tipo S)
* Tipo S
– Composição: Platina 90%- Ródio 10% (+) / Platina (-)
– Padrão
– 0-1480oC
– Precisão em alta T
26
Termopares nobres (Tipo R)
* Tipo R
– Composição: Platina 87% - Ródio 13% (+) / Platina (-)
– Faixa: 0 a 1600ºC
27
Termopares nobres (Tipo B)
* Tipo B
– Composição: Platina 70%-Ródio 30% (+) / Platina 94% - Ródio 6% (-)
– 600 a 1700ºC
– T<100oC
28
Termopares novos
– Condições suprir os termopares anteriores
– Maioria não normalizados e fabricados no Brasil
29
Interligação de termopares
* Termopares (processo) - distante do instrumento receptor (indicação, registro, controle, etc)
* Tecnicamente - pode-se utilizar um termopar de comprimento tal que vá do processo ao instrumento
* Problema - custo
30
TERMOPARES - Interligação
* CABOS OU FIOS DE EXTENSÃO
– fabricados com as mesmas ligas dos termopares a que se destinam. (Tipo TX, JX, EX e KX)
* CABOS OU FIOS DE COMPENSAÇÃO
– fabricados com ligas diferentes das dos termopares a que se destinam, porém que forneçam, na faixa de utilização recomendada, uma curva da fem em função da T equivalente à desses termopares. (Tipo SC e BC).
31
Associação de termopares
* ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE
* Ampliar o sinal elétrico
* Somatório das fem geradas individualmente
* Aplicação - termopilhas dos Pirômetros de Radiação
* ASSOCIAÇÃO EM PARALELO
* Temperatura média dos termoelementos
* ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE OPOSTA
* Medida de temperaturas diferenciais
* fem em oposição
32
Termopares - erros de ligação
– T negativa no display ou início da escala
– Muito comum (confusão ou não observação do código de cores correto dos fios e cabos de extensão e compensação)
– fácil detecção pelo operador
– se não for detectado a tempo e o processo estiver sendo controlado - riscos
33
Pirometros de radiação
* Medidor de temperatura de não-contato
* Radiação eletromagnética
* radiação - geralmente visível e/ou infravermelha
* Aplicações - indústria farmacêutica, química, manutenção automóvel, alimentar, metalúrgica, plásticos, pasta e papel, cimento, cerâmica, ar condicionado e semicondutores.
34
Pirometros - vantagens
– Rápida
– Contato
– Interferência na temperatura
– Tempo de vida
– Temperaturas superiores a 1800ºC
35
Pirometros - aplicação
* Movimento
* Campos magnéticos fortes (ex. aquecimento por indução)
* Mudanças bruscas de temperatura (ex. fundição, incineradora)
* Localização inacessível / fisicamente
* Temperatura elevada, i.e., superiores a 1400ºC
* Danificar-se ou contaminar-se por contato
* Modificação de temperatura se em contato
* Medidas rápidas e frequentes
36
Pirometro fotoeletrico
*Os pirometros fotoeletricos normalmente empregam sensores que atuam na faixa do infravermelho
*Abrangem uma faixa de temperatura maior do que os pirometros de radiação total e óptico
*São mais rápidos, respondendo na casa dos milissegundos
*Sua faixa de uso pode ser descrita de 0 a 3600°C
37
Vazão
*ampla utilização
-liquidos, solidos e ate solidos granulados
*Importância
*Quantificação - Produtividade
*Rendimento (BM)
38
Definição de vazão
Quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.
39
Tipos de medidores de vazão
*medidores indiretos
*medidores diretos: contato direto entre elemento primário e fluido
*medidores especiais
40
Medidores indiretos de vazão
*perda de carga variável
-Tubo de pitot
-Tudo de venturi
-Tubo de Dall
-Annubar
-Bocais
-Placa de orifício
*Area variavel
-Rotâmetro
41
Medidores diretos de vazão
*Deslocamento Positivo do Fluido
- Disco Nutante
- Pistão Flutuante
- Engrenagens
- Outros
*Velocidade pelo impacto do fluido
- Turbina
- Hélice
**Geralmente fluidos com alta viscosidade são medidos com medidores diretos
42
Medidores especiais
* Magnético
* Vórtex
* Ultra sônico
* Coriolis
* Calhas Parshall
43
Tubo de pitot
* medição de velocidade
* medição pontual
* Tubo de Pitot - tubo com uma abertura em sua extremidade
44
Annubar
* Pontos de prova sensores de pressão montados perpendicularmente ao fluxo
*barra sensora de pressão de montante - vários orifícios, localizados criteriosamente ao longo da barra
45
Diferença entre annunar e pitot
A diferença é que ha mais de um furo nas câmaras de medição da pressão. A pressão na câmara de alta pressão representa uma média da velocidade através da tubulação. O annubar é mais exato do que pitot porque não é sensivel a posição ou sensivel a velocidade do fluido
46
Pressão dinamica e estatica - annubar
*A pressão dinamica é medida pela barra sensora de pressão chamada de "montante"
*A pressão estática é medida em outra barra sensora de pressão chamada de "jusante"
47
Tubo de venturi
* Seção maior (entrada do tubo convergente)
- maior pressão
- menor velocidade
* Seção menor (restrição ou garganta)
- menor pressão
- maior velocidade
* curta “garganta” estreitada entre duas seções cônicas
* usualmente instalada entre dois flanges
* mede-se diferença de pressão entre a entrada e a porta estreitada ou garganta.
48
Tudo de venturi - vantagens
* boa precisão;
* resistência a abrasão e acúmulo de poeira ou sedimentos;
* capacidade de medição de grandes escoamentos de líquidos em grandes tubulações;
* Medição de vazão maiores que as placas de orifício (60%)
* Geram perda de carga menor que as placas de orifício (20%)
49
tubo de venturi - desvantagens
● custo elevado (20 x mais placa de
orifício);
● dimensões grandes e incômodas;
● dificuldade de troca uma vez
instalado
50
Placa de orificio
*medição: pressão diferencial
* Precisão de até 1%
* Acrescenta relativa ΔP ao circuito
* Não recomendável para Re < 2500.
* Range de vazão: entre o máximo e o mínimo valor – fator de 5 para um determinado orifício – para garantia de linearidade
51
Placa de orificio -vantagens
* Baixo custo, simples
* Ausência de partes móveis
* Vários tipos de fluidos
* Instrumentação externa
52
Placa de orificio - desvantagens
* Considerável perda de carga
* Faixa medição restrita
* Desgaste na placa
53
Tomadas de impulso 1
TOMADAS DE FLANGES
* Mais populares
* Rosqueadas ou soldadas
* Cuidados com rebarbas nas instalação
* VANTAGENS
* Inspeção
* Precisão
* São bidirecionais
* DESVANTAGENS
* Custo (especiais)
* Uso não recomendado para d/D grandes e D < 2”
54
Tomadas de impulso 2
* TOMADAS DE VENA CONTRACTA
* Uso de flanges comuns
* Perpendicular
* Indicado para D>4”
55
Tomadas de impulso 3
* TOMADAS DE TUBULAÇÕES
* Medição direta da perda de carga permanente
* Menor diferencial
* Observar perda de carga adicional à jusante
56
Tomadas de impulso 4
* TOMADAS DE CANTO
* Uso em D< 2”
* Mesmas vantagens da tomada de flange
* Sujeito à entupimentos
57
Rotametros
Medidores de área variável nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, roporcionalmente à vazão do fluido
58
Rotametros - tipos de flutuadores
* Esférico – vazões baixas
* Cilíndrico com borda plana – vazões médias/altas
* Cilíndrico com borda saliente de face inclinada para o fluxo – menor influência da viscosidade
* Cilíndrico com borda saliente contra o fluxo – mínima influência da viscosidade
59
Medidores diretos de vazão - principio de operação
* separar o fluido em quantidades conhecidas, quando este passa pelo medidor de vazão
* número de vezes que o fluido passa é conhecido - vazão conhecida.
60
Medidores diretos de vazão - aplicações
* Aplicações: controle automático em batelada
* Podem ser utilizados para:
* líquidos viscosos
* Necessário: simples sistema de medida mecânica
61
Medidores diretos de vazão - disco nutante
* Uso principal - vazão de água residencial
* líquido - topo da carcaça principal ! câmara de medição - base do medidor e para a saída
* movimento do disco - efetua movimento rotativo, que é
transmitido por um conjunto de engrenagens ou acoplamento magnético ao indicador.
* Volumétrico
62
Medidores diretos de vazão - medidores rotativos
* Princípio - acionamento de rotores internos
* vrotação - função da vfluido através da câmara de medição
* Tipos :
* Rotores de lóbulos
* Palhetas corrediças
* Palhetas Retráteis
* Engrenagens
* Pistão
63
Medidores Rotativos de vazão - Medidores de pistão
* simples ou múltiplo
* usados para manusear grande variedade de líquidos
* líquido nunca entra em contato com as engrenagens ou outras partes que poderiam entupir ou corroer
* mais preciso com fluidos viscosos (até 10000 cP), pois não há deslizamento do produto no medidor de vazão.
64
Medidores Rotativos – Medidores de engrenagem oval
* duas engrenagens girando, sincronizando os dentes que estão ajustados nessas engrenagens
* quantidade fixa de líquido passa através do medidor para cada revolução
* Trabalha melhor a altas viscosidades e com produtos não
abrasivos
65
Medidor tipo Turbina
* rotor provido de palhetas
* velocidade angular do rotor é proporcional à velocidade do fluido
* bobina sensora na parte externa do corpo do medidor, detecta o
movimento do rotor
66
Medidores especiais de vazão
* Medidores tradicionais - sensores primários precisam ser submersos no fluxo a ser controlado:
* desvantagem - produzir perda de pressão na linha como também o acúmulo de partículas ou impurezas no sensor
67
Medidor de Vazão Magnético
* precisão - depende do circuito de medição
* geralmente - 0,5% a 1,0% do valor máximo da vazão
Calcula vazão em função do campo magnético: resultado de produto vetorial entre a corrente elétrica e a velocidade do fluido.
68
Medidor de Vazão Magnético - restrições
*parede interna da tubulação não conduza eletricidade -
isolamento (teflon)
*parte do tubo ocupada pelo volume definido pelas
bobinas não provoque distorções no campo magnético
*medições independem de propriedades do fluido, tais
como a densidade, a viscosidade, P, T ou mesmo o teor
de sólidos
*fluido deve ser condutor de eletricidade
69
Medidor de Vazão Magnético - vantagens
* Operação em tubos verticais e horizontais
* Ausência de obstruções na tubulação
* Pequena interferência com o escoamento
* Perda de carga desprezível
* Vazões muito baixas
* Não possui partes móveis, passíveis de desgaste
* Tempo de resposta: 0,5 s/resposta
* Mudanças na viscosidade, massa específica, temperatura e pressão não afetam a medida
* Velocidades de operação entre 0,5 e 10 m/s
* Consumo de energia baixo: menor do que 30 W
70
Medidor de Vazão por Ultra Som
Utilizam velocidade do som como meio auxiliar na medição de vazão.
71
Medição por Efeito Doppler
* 2 transdutores - montados em um lado do tubo
* sinal de amplitude e frequência conhecida - emitido
ao líquido a ser medido
* deslocamento da frequência é proporcional à velocidade do
líquido
*Altamente recomendado para corrosivos
Mede a distância até o vazamento.
72
ULTRA SOM
✓ Sólidos, bolhas, ou qualquer descontinuidade no
líquido mudam o pulso a ser refletido ao elemento
receptor
✓ líquido - em movimento - freqüência do pulso
devolvida é deslocada
73
Medição por tempo de passagem
* não adequados para medir fluidos que contém partículas
* Funcionamento - diferença de velocidade de propagação dos pulsos ultra-sônicos, quando
aplicados a jusante ou a montante
* tempo de 2 para 1 (corrente) - menor
* tempo de 1 para 2 (contracorrente) - maior
74
ULTRA SOM - vantagens
* não contato com o fluido
* Não turbulência ou perda de carga
* Medição de fluidos altamente corrosivos, líquidos não condutores
e líquidos viscosos
* Precisão relativamente elevada (0,5% no fim da escala)
* Maior extensão da faixa de medição com saída linear.
* não possuem peças móveis
* Medição em tubos com D entre 1 a 60 “
* Medição - independente da temperatura, da densidade, da
viscosidade e da pressão do fluido
75
ULTRA SOM - desvantagens
Custo elevado na aplicação em tubos de pequenos diâmetros
76
Coriolis
* Uso Industrial (ex.: alimentícia, farmacêutica, química, de papel e celulose, petróleo...)
* fluidos diversos, com ou sem sólidos em suspensão
* medição - independente das propriedades do fluido, como viscosidade, densidade, condutividade, pressão e
temperatura - mede diretamente a vazão mássica
* consiste basicamente de um tubo medidor, normalmente em forma de “U”, e, acoplado a este, um transmissor.
* utiliza um fenômeno físico que envolve a inércia e a
aceleração centrípeta.
*Recomenda-se para altas vazões
77
Vortex
* vórtice - região de movimento turbilhonar com alta velocidade local -
menor pressão que o fluido em volta
* medidores de vórtice - fazem uso de um fenômeno natural que acontece
quando um líquido escoa ao redor de um objeto anti-aerodinâmico
* anteparo de geometria definida - colocado de forma a obstruir
parcialmente uma tubulação onde escoa um fluido - formam-se vórtices
alternadamente atrás do objeto
* frequência de geração de vórtices - diretamente proporcional à
velocidade do líquido escoando através do medidor
Fluido bate no vórtex e o medidor calcula a diferença de pressão antes e depois, que é proporcional ao fluxo.
78
Vortex - aplicação
* líquidos de baixa viscosidade, gases e vapor (saturado e superaquecido);
* Sistemas de água deionizada e desmineralizada;
* Sistemas de refrigeração (torres de resfriamento);
* Efluentes tratados;
* Dosagem químic
79
Medidor calhas parshall
* Instalação
* Direto no canal
* Construção
* Fibra de vidro
* Aço carbono revestido
* Aço inox
* Concreto
* Medidor de nivel
* Régua graduada - incrustação
* Tipo ultra-sônico
80
Medidor calhas parshall - vantagens
* Fornecimento de energia
* Baixo custo
* Manutenção (limpeza canais)
81
Medidor calhas parshall - desvantagens
Necessitam de canais de entrada nas Estações de Tratamento de água
82
Qual é a importância de ter o controle de temperatura através de um medidor?
Pois a temperatura pode variar fatores tais como solubilidade, densidade, condutividade, entre outros e por isso precisamos controlá-los para que obtenhamos o resultado esperado.
83
Quais são as dificuldades dos medidores de temperatura com contato direto e indireto?
Direto: dificuldade de medir coisas pequenas e em movimento
Indireto: ter a temperatura somente da superfície, não interna
84
Controlador logico programável:
Reune informações de instrumentos importantes para o processo, sendo fundamental para sua otimização (proporcionando velocidade, economia, etc.)
85
Diferença entre: Pt-100 e Termopar
Pt-100: varia resistência
Termopar: varia voltagem
(Esses fatores são proporcionais à temperatura)
Instrumentação indrustrial.
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