Diretrizes de seleção
Quais são as etapas para encontrar o melhor sensor de pressão para uma aplicação específica? Esse é um desafio enfrentado por muitos jovens iniciantes que acabaram de sair da escola. Os cursos de uma forma geral ensinam uma grande quantidade de teoria, mas qual é a melhor maneira de escolher quando tantas coisas que afetam a decisão não são óbvias e não necessariamente fazem parte do currículo formal? Este post analisa uma série de questões e outras considerações que ajudam a orientar o engenheiro na tomada de decisões críticas em relação às aplicações de pressão
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Por que medir a pressão?
A primeira questão é a mais básica: Qual é o propósito da medição? Geralmente, há três razões para fazer uma medição de pressão: monitoramento, controle e segurança. Embora muitas das vezes se utilize o mesmo hardware nas para as três aplicações, existem diferenças significativas.
- O objetivo do Monitoramento é manter o operador informado, mas não tem atuação direta na malha de controle na maioria das vezes as ações tomadas serão após avaliação do operador, sendo esse considerado menos crítico entre os três.
- O segundo caso é a realização do Controle esse ponto de medição é utilizado para fornecer uma entrada de sinal para um sistema de malha de controle, requerendo desse forma que tenha maior precisão por estar diretamente influenciado na condição do processo, qualquer desvio impacta diretamente no processo.
- Já o instrumento utilizado para Segurança requer ainda uma maior precisão e segurança na medição porque esse está diretamente relacionado com a segurança de pessoas , meio ambiente e processo, devendo desse forma garantir os parâmetros de confiabilidade e segurança nas medições realizadas porque um desvio pode gerar grandes impactos.
Quais tipos de pressões estão envolvidas?
- Uma pergunta importante a se fazer logo no início é: qual é a pressão normal de trabalho?
- Essa faixa de pressão deve estar dentro da faixa mais precisa do dispositivo. Quais são as pressões mais altas e mais baixas esperadas durante a operação normal?
A precisão geralmente pode degradar um pouco nos extremos, mas o dispositivo deve permanecer repetitivo sob essas condições e não deve sofrer nenhum nenhum desvio, nem exigir recalibração em curto intervalo de tempo. Também é vital saber a pressão máxima que o dispositivo irá sofrer, por razões de segurança. Devendo ser capaz de suportar uma pressão tão alta quanto a classificação de pressão do vaso ou tubo ao qual está conectado sem estourar – e isso significa que toda a tubulação conectada, coletores de flanges e outros acessórios que serão expostos à pressão devem ser classificados para um limite mínimo. Alguns dispositivos podem continuar a operar após um incidente de sobrepressão e manter a precisão, enquanto outros podem precisar de recalibração ou mesmo substituição, mas a consideração principal aqui é a segurança.
Qual precisão é necessária?
As aplicações de controle geralmente precisam de mais precisão do que as aplicações de monitoramento, enquanto, com as aplicações de segurança, a confiabilidade é fundamental. O nível exato de precisão necessário depende inteiramente das necessidades do processo e da aplicação que está sendo medida.
Qual o tipo de conexão ao processo?
Como os transmissores de pressão também são usados em aplicações de fluxo, nível ou pressão, eles costumam ser integrados a outros componentes (Figura 1). Um transmissor montado em linha (Figura 2) tem uma única conexão com o processo (para manômetro ou pressão absoluta) na parte inferior da unidade. Um transmissor montado em linha é leve e pode não exigir nenhum suporte de montagem.
Um transmissor montado coplanar (Figura 3) tem duas conexões de processo para pressão diferencial (DP) na parte inferior da unidade. Este transmissor é leve e é instalado em um único flange de processo. Este tipo de conexão é mais moderno do que a conexão biplanar. A conexão coplanar permite a medição de aplicações de pressão diferencial, absoluta e manométrica. A conexão biplanar é a forma mais tradicional de conexão ao processo (Figura 4) e possui duas portas na lateral da parte inferior da unidade. Esta é a conexão de processo original usada para medição de DP; ele suporta medições de pressão manométrica, diferencial e absoluta. É mais pesado e desafiador de conectar do que designs em linha ou coplanares. Um transmissor usado em uma aplicação de fluxo DP também pode ser montado diretamente em um flange contendo uma placa de orifício, conforme mostrado na Figura 1 (segunda a partir da esquerda). Ao considerar um tipo de conexão, deve-se perguntar: há um ponto de conexão de processo disponível ou será necessário adicionar um ponto de conexão ou tocar no processo? Qualquer um deles pode exigir o desligamento do processo, o que pode ser caro e potencialmente perigoso. Também é possível fazer hot tap em um processo, um procedimento que requer pessoal altamente treinado, mas pode manter o processo em funcionamento. Uma nova conexão normalmente é estabelecida durante o tempo de inatividade programado ou se o local puder ser ignorado. Outras coisas a considerar em relação à conexão são as seguintes:
- Um flange pode ser adicionado para fazer a conexão? Em caso afirmativo, que tipo de flange é apropriado para a aplicação?
- Que de conexão está presente?
- Existe uma válvula para bloqueio disponível?
Muitas vezes é impossível simplesmente colocar um ponto de medição de pressão onde você quiser; você pode colocá-lo apenas onde o acesso estiver disponível. Isso pode ser 10 metros abaixo ou acima do tubo do ponto de instalação do projeto, permitindo assim melhor facilidade para visualização dos operadores assim como facilidade para manutenção. Todas as considerações de montagem para um ponto de monitoramento, além de várias outras, também se aplicam a um ponto de controle.
Para controle e segurança é fundamental que o ponto de medição seja confiável. Os instrumentos especificados devem prevê condições de instalações onde pode haver acúmulo de sedimentos, desta forma deve disponibilizar ponto para drenagem e limpeza dos resíduos caso venham a se depositar na linha.
Nestes casos recomenda-se que o instrumento seja previsto instalações com manifold´s de 3(três) ou 5(cinco) vias, em caso de instalação com flanges deve ser previsto anel de Flashing, esses acessórios permitiram realizar as drenagens necessária para limpeza das linhas de impulso. Muitas vezes, é uma boa ideia utilizar células se necessário capilar acoplados porquê, esses acessórios elimina a possibilidade de acumulo acúmulo de sedimentos na conexão.
Em uma aplicação de fluxo DP, por exemplo, medidores de orifício integrados estão disponíveis (Figura 1, segunda a partir da esquerda). Os acoplamentos devem ser o mais curto possível de forma a minimizar acumulo de sedimentos quando possível, deve ser previsto drenos para limpeza.
Além disso, em aplicações de fluxo DP, é vital levar em consideração o condicionamento do fluxo. Em retrofits, por exemplo, raramente há espaço suficiente para um tubo reto para reduzir a turbulência do processo e fazer uma boa leitura de pressão. Neste caso, podem ser utilizadas placas de orifício de condicionamento. Isso pode tornar possível a instalação de placas de orifício dentro de alguns diâmetros de tubo de um cotovelo ou outro recurso que, de outra forma, impediria o fluxo laminar
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A medição DP tradicional requer tubulação de impulso conectada aos lados de alta e baixa pressão do vaso ou tanque de processo.
- No arranjo tradicional de perna molhada / perna seca usado para medir o nível em vasos e tanques, o lado de alta pressão (a perna molhada) é preenchido com fluido de processo, enquanto a linha de impulso no lado de baixa pressão ou referência (perna seca) é preenchido com vapor (embora também possa ser preenchido com um gás não reativo).
- No serviço de gás, a tomada de impulso do processo deve estar na parte superior do tubo e o transmissor montado acima do tubo, com a linha de impulso (a perna seca) inclinada para cima; isso é para garantir que qualquer condensação na linha de impulso será drenada de volta para o tubo principal. No serviço líquido, a situação é inversa; a tomada de impulso deve estar na parte inferior do tubo, o transmissor montado abaixo e a linha de impulso (a perna molhada) inclinada para baixo, para que qualquer gás na linha de impulso possa voltar para o tubo.
- No serviço com fluxo de vapor, as linhas de impulso devem ser mantidas cheias de liquido de condensado, para evitar que o vapor quente alcance e danifique o transmissor.
Em áreas frias, essas linhas de impulso requerem isolamento e aquecimento para evitar danos por congelamento do condensado. Isso é caro e pode ser uma preocupação de manutenção.
A perna molhada requer um nível constante de líquido dentro da tubulação para uma medição confiável. Se o líquido evaporar, a medição DP irá se desviar. A perna seca deve ser mantida livre de condensação. Se os vapores do processo se condensarem no tubo de perna seca, a medição de DP irá desviar. A evaporação ou congelamento do líquido na perna molhada e a condensação na perna seca podem prejudicar a precisão e requerem uma boa quantidade de manutenção.
Uma solução para serviço de vapor em climas frios é substituir a placa de orifício separada e o medidor de DP por um único dispositivo combinando o elemento (geralmente um tubo de Pitot de média, por exemplo um Annubar, ou um elemento primário compacto tipo wafer com a placa de orifício integrado ao coletor) com o transmissor DP montado acima da linha de vapor.
Isso elimina as linhas de impulso e resolve o problema de congelamento. Para aplicações em alimentos e bebidas, o material do processo pode ficar preso nas linhas de impulso e permitir o crescimento de bactérias. Em outros casos, o material do processo pode tender a causar obstrução nas linhas de impulso.
Selos remotos
Uma solução para tomadas de impulso que apresentam possibilidade obstrução é o usar instrumentos com selagens e sistema de capilar (também conhecido como vedação química, protetor de diafragma ou sistema de vedação de diafragma; Figura 5).
Este sistema de vedação consiste em um diafragma externo. A pressão do processo é transmitida a um diafragma com contato direto ao fluido que através de um sistema de capilar conduz a pressão ao sensor interno do transmissor, o protegendo dos fluidos com característica agressivas como : fluidos aquecidos, frios ou corrosivo, bem como de materiais viscosos ou contendo sólidos em suspensão que podem obstruir a tubulação de impulso.
Em aplicações higiênicas, os selos remotos também permitem uma limpeza mais fácil do processo das conexões para evitar a contaminação entre os lotes.
E evita a manutenção frequentemente necessária com instalações de pernas molhadas e secas.
Existem também arranjos de sensores remotos eletrônicos para medir o nível do tanque. Em vez de ter um único transmissor DP instalado com conexões na parte inferior e superior do tanque (o primeiro para medir o nível e o último para fornecer a pressão de referência), são usados dois transmissores. Um está localizado na parte inferior do tanque e o outro no topo. Os dois sensores são conectados eletronicamente, em vez de mecanicamente, por meio de uma perna molhada / seca ou capilar (Figura 6).
Isso é útil para tanques altos porque elimina a necessidade de longas linhas de impulso. Uma advertência a este método é que a precisão é afetada em tanques com altas pressões de manta em relação à medição de DP para nível. Ao considerar tal arranjo, é melhor consultar um especialista da fábrica para ajudar a selecionar a melhor tecnologia.
considerações ambientais
- A temperatura operacional é uma consideração vital. Se estiver usando um sistema de vedação remota, certifique-se de escolher um fluido de enchimento compatível com a temperatura do processo e a temperatura ambiente.
- Em baixas temperaturas, as linhas de impulso podem congelar ou o fluido de enchimento pode gelificar. Em altas temperaturas, o óleo de enchimento em um sistema de vedação remota pode ferver ou degradar.
- Existem fluidos de enchimento que podem suportar altas temperaturas, mas alguns deles têm faixas limitadas de baixa temperatura. Haverá vibração mecânica significativa?
- Os transmissores devem sempre ser instalados para minimizar as oscilações de vibração, choque e temperatura.
- O processo envolve pulsação de pressão significativa (por exemplo, no final da descarga de uma bomba de deslocamento positivo)?
- A pulsação rápida degrada a precisão da medição e, se continuar por longos períodos, pode desgastar o elemento sensor de pressão.
- Pode ser necessário um amortecedor ou amortecedor de pulsação. Isso pode ser tão simples como um filtro de metal poroso ou uma válvula de agulha ajustável inserida na tubulação de impulso.
- Em geral, strain gage e sensores capacitivos são mais resistentes que outros tipos ao desgaste de processos altamente pulsantes.
- O dispositivo será usado em uma área perigosa? Em caso afirmativo, quais aprovações serão necessárias? As aprovações relevantes podem incluir IMETRO, ATEX, IECEx, CSA e Factory Mutual (FM), para começar. Muitos dispositivos estão disponíveis com aprovações de combinação que os tornam adequados para uma variedade de áreas perigosas.
- Em aplicações de alimentos e bebidas e farmacêuticas, lembre-se de que o transmissor pode ser submetido a pulverização / lavagem com produtos químicos quentes e agressivos e deve ser classificado para tal serviço.
Considerações de manutenção
É importante saber com que frequência o transmissor precisará ser recalibrado e o que estará envolvido nisso. Pode ser necessário que o dispositivo seja removido fisicamente e enviado a um laboratório de instrumentação, o qual, dependendo da forma como está instalado, pode exigir o desligamento do processo.
Se o transmissor puder ser isolado com válvulas de bloqueio, a interrupção será consideravelmente reduzida. Além disso, alguns transmissores agora podem oferecer especificações de estabilidade mais longas, reduzindo assim os custos de manutenção em algumas aplicações, visto que requerem menos calibrações.
Transmissores inteligentes
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Muitos dos transmissores de processo inteligentes de hoje contêm muito mais informações do que simplesmente a leitura da pressão; isso pode incluir temperatura, histórico do dispositivo, informações de configuração de faixa e muito mais. Um transmissor inteligente pode detectar problemas internos, permitir que a unidade seja recalibrada e reorganizada remotamente e, em alguns casos, até mesmo detectar anomalias de processo e obstrução das linhas de impulso. Algum trabalho interessante está sendo feito com base no uso de dados brutos de alta velocidade vindos diretamente do elemento de detecção do transmissor antes de serem suavizados e filtrados para entrega ao sistema de controle. Essas informações adicionais podem ser disponibilizadas de várias maneiras, conforme discutido a seguir.