Noções básicas de transmissores de pressão
diferencial
A variável pressão é uma das variáveis mais comuns nos mais diversos tipos de processos industriais. Para facilitar o entendimento dessa viável as literaturas a divide basicamente em 4 grandes grupos que são:
- Pressão Atmosférica;
- Pressão Relativa (Manométrica (positiva) ou (Manométrica (negativa) uma porção de vácuo)
- Pressão Absoluta e
- Pressão diferencial.
O objetivo desse poste estaremos apresentando apenas os transmissores de pressão diferencial por serem eles na atualidade comumente utilizados nas mais diversas aplicação.
O transmissor de pressão diferencial possui duas entradas por onde as pressão são aplicadas essa pressão é diretamente aplicada a uma capsula diafragma que pode ser fabricada utilizando um dos diversos tipos de princípios físicos de medição. Então a pressão é aplicada a essa cápsula diafragma essa pressão e aplicada em uma cápsula (utilizando um dos métodos físicos: Stran-gage, capacitivo, silício ressonante) então essa capsula converte esse sinal em um sinal elétrico que é aplicado a unidade eletrônica que emite um sinal elétrico de corrente em um sinal padrão para os receptores proporcional a pressão aplicada.
Os transmissores de pressão diferencial podem ser baseados em qualquer uma das tecnologias de detecção de pressão discutidas anteriormente, portanto, esta seção se concentra na aplicação ao invés da teoria.
Construção e comportamento do transmissor DP
Os transmissores de pressão diferencial Esse tipo de medidor pode ser aplicado e construídos dos mais variados tipos de matérias considerando que aqui estamos tratando dos transmissores que serão utilizado em industrias esses são construídos normalmente com seu corpo de matérias resistentes ao regime contínuo e agressivo das industrias então o seu corpo é construído de metal bem resistente (metal forjado) que aloja o (s) elemento (s) de detecção, coberto por um compartimento que aloja os componentes mecânicos (pneumáticos) e / ou eletrônicos(placas eletrônicas) necessários para traduzir a pressão detectada em um sinal de instrumentação padrão ( por exemplo, 3-15 PSI, 4-20 mA , códigos de fieldbus digitais
Dois modelos de transmissor eletrônico de pressão diferencial aparecem nas seguintes fotografias, o modelo 1151 da Rosemount (esquerda) e o modelo 3051 (direita):
Mais dois modelos de transmissor eletrônico de pressão diferencial são mostrados na próxima fotografia, o Yokogawa EJA110 (à esquerda) e o Foxboro IDP10 (à direita):
Em cada um desses exemplos de transmissor de pressão diferencial, o elemento sensor de pressão é alojado na metade inferior do dispositivo (a estrutura de aço forjado), enquanto os componentes eletrônicos são alojados na metade superior (a estrutura de alumínio fundido, aço forjado ou plástico industrial redonda colorida).
Independentemente da marca ou modelo, cada transmissor de pressão diferencial (“DP”, “d / p” ou ΔP) tem duas entradas/tomadas que permite a aplicação da pressão ser detectar dos diferentes de fluido de processo.
Essas tomadas são geralmente têm roscas NPT fêmea de 1/4 de polegada para uma conexão conveniente ao processo, porém, existem os mais diversos tipos de acoplamentos chamados de válvulas tipo manifold que podem ser acoplada as tomadas. Essas duas chamadas por onde as pressões são aplicadas uma é a identificada como [H(high) “alta”] e a outra é identificada como [L(low) “baixa”]. Essa identificação não significa necessariamente que a entrada “alta” deve estar sempre a uma pressão maior do que a tomada “baixa”.
O que esses identificações (H e L) representam que qualquer aumento da pressão do fluido aplicada a essa tomada terá mudança direta do sinal de saída padrão elétrico ou pneumático.
O elemento sensor mais comum usado pelos modernos transmissores DP é o diafragma. Um lado deste diafragma recebe a pressão do fluido do processo da entrada “alta”, enquanto o outro recebe a pressão do fluido do processo da tomada “baixa”.
Qualquer diferença de pressão entre as duas tomadas faz com que o diafragma se flexione de sua posição normal de repouso (centro). Essa flexão é então traduzida em um sinal de saída por qualquer das mais diferentes tecnologias diferentes de sinal de transmissão:
O conceito de identificação da tomada do instrumento de pressão diferencial é muito semelhante as identificações aplicadas aos terminais de entrada do amplificador operacional que são as entradas “inversoras” e “não-inversoras”:
Os símbolos “+” e “-” não indicam polaridade da (s) tensão (ões) de entrada; ou seja, não é como se a entrada “+” deva ser mais positiva do que a entrada “-”. Esses símbolos representam meramente as diferentes direções em que cada entrada tende a conduzir o sinal de saída.
Um potencial crescente aplicado à entrada “+” conduz a saída do “amp-op” positivo, enquanto um potencial crescente aplicado à entrada “-” conduz a saída do “amp-op” negativo. Expressando isso em termos comuns aos sistemas de controle de malha fechada, poderíamos dizer que a entrada “+” tem ação direta, enquanto a entrada “-” tem ação reversa.
Da mesma forma, os rótulos “H” e “L” nas portas de um transmissor DP não implicam na magnitude das pressões de entrada; ou seja, é como se a pressão da porta “H” devesse ser maior do que a pressão da porta “L”.
Esses símbolos representam apenas os diferentes efeitos no sinal de saída resultantes da pressão aplicada a cada porta. Uma pressão crescente aplicada à porta “alta” de um transmissor DP levará o sinal de saída a um nível maior (para cima), enquanto uma pressão crescente aplicada à porta “baixa” de um transmissor DP levará o sinal de saída a um menor nível baixo):
A capacidade de conectar arbitrariamente um transmissor DP a um processo de forma que ele tenha ação direta ou reversa é uma grande vantagem.
No mundo da eletrônica, nos referimos à capacidade de um sensor de tensão diferencial (como um amplificador operacional) de detectar pequenas diferenças de tensão enquanto ignora grandes potenciais medidos com referência ao aterramento pela frase rejeição de modo comum.
Um amplificador operacional ideal ignora completamente a quantidade de tensão comum a ambos os terminais de entrada, respondendo apenas à diferença de tensão entre esses terminais. Isso é exatamente o que um instrumento DP bem projetado faz, exceto com pressão de fluido em vez de tensão elétrica.
Um instrumento DP ignora a pressão manométrica comum a ambas as portas, enquanto responde apenas às diferenças de pressão entre essas duas portas. Em outras palavras, um instrumento de pressão diferencial (idealmente) responde apenas à pressão diferencial, enquanto ignora a pressão de modo comum.
Para ilustrar, podemos conectar as portas “alta” e “baixa” de um transmissor de pressão diferencial juntas usando tubo ou tubo e, em seguida, expor ambas as portas simultaneamente a uma fonte de pressão do fluido, como por exemplo ar pressurizado de um compressor de ar. Considerando que o compressor esteja em boas condições de funcionamento mesmo quando aplicamos, o instrumento irá continuar a registrar a pressão diferencial igual a zero, mesmo quando variamos a pressão aplicada em ambas as entradas.
Contanto que as pressões aplicadas a cada uma das entradas sejam iguais, o diafragma de detecção do transmissor deve experimentar força resultante igual a zero. Porque a força aplicada ao diafragma pela pressão do fluido da porta “alta” será precisamente contrabalançada (cancelada) pela força aplicada ao diafragma pela pressão do fluido da porta “baixa, resultando dessa forma em uma pressão diferencial igual a zero.
Uma analogia elétrica para isso seria conectar os fios de teste vermelho de um voltímetro a um ponto comum em um circuito elétrico e, em seguida, variar a quantidade de tensão entre esse ponto e o aterramento. Uma vez que o voltímetro registra apenas diferenças de potencial entre seus cabos de teste, e esses cabos de teste agora são eletricamente comuns entre si, a magnitude da tensão de modo comum entre aquele ponto do circuito e o aterramento é irrelevante da perspectiva do voltímetro:
Em cada caso, o dispositivo de medição diferencial identifica o valor do ponto comum, registrando apenas a quantidade de diferença (zero) entre seus pontos de detecção.
O mesmo princípio de modo comum se revela em circuitos elétricos e fluidos mais complexos.
Considere o caso de um transmissor DP e um voltímetro, ambos usados para medir quantidades diferenciais em um circuito “divisor”:
Em cada caso, o dispositivo de medição diferencial responde apenas à diferença entre os dois pontos de medição, rejeitando o valor do modo comum (10 Bar para o transmissor de pressão, 100 volts para o voltímetro).
Neste exemplo, o lado “alto” de cada instrumento de medição se conecta ao ponto de menor valor, de forma que a diferença medida é uma quantidade negativa.
Como os voltímetros digitais, os transmissores DP modernos são igualmente capazes de medir com precisão as diferenças de pressão negativa, bem como as diferenças de pressão positiva.
Um contraste vívido entre a pressão diferencial e a pressão de modo comum para um instrumento DP é visto nas classificações de pressão mostradas na placa de identificação de um transmissor de pressão diferencial Foxboro modelo 13A:
Esta placa de identificação nos diz que o transmissor tem uma faixa de pressão diferencial calibrada de 510mmH2O (coluna de água de 510mmH2O, que é apenas cerca de 1250 Pa).
No entanto, a placa de identificação também nos diz que o transmissor tem uma pressão máxima de trabalho permissível (PMTP) de 100000Pa. “Pressão de trabalho” refere-se à quantidade de pressão manométrica comum a cada porta, não à pressão diferencial entre as portas.
Levar esses números ao valor de face significa que este transmissor registrará zero (sem pressão diferencial) mesmo se a pressão manométrica aplicada igualmente a ambas as portas for de 10000Pa! Em outras palavras, este transmissor de pressão diferencial suporta até 10000 Pa de pressão manométrica de referência e responderá apenas a pequenas diferenças de pressão entre as portas (diferencial de 1250Pa sendo suficiente para estimular o transmissor para saída de escala total).
Créditos:
Tony R. Kuphaldt – Licença Creative Commons Atribuição 4.0