Um transmissor de 0…100 bar instalado numa linha que trabalha a 2 bar. Um sensor relativo usado onde o processo pede referência absoluta. Um tanque cujo nível é calculado com a densidade errada. Nenhum desses erros aparece no visor: o número está lá, estável e com várias casas decimais, só que não corresponde ao processo. A medição de pressão industrial começa antes do instrumento: no conceito de pressão, na referência certa e na tecnologia adequada a cada aplicação.
O que é pressão (e o que não é)
Pressão é força distribuída sobre uma área: p = F / A. No Sistema Internacional, a unidade é o pascal (1 Pa = 1 N/m²), pequeno demais para a maioria dos processos. Por isso a indústria trabalha com bar, kPa, MPa, psi, kgf/cm² e metros de coluna d'água.
| Unidade | Equivalente a 1 bar |
|---|---|
| kPa | 100 kPa |
| MPa | 0,1 MPa |
| psi | 14,504 psi |
| kgf/cm² | 1,0197 kgf/cm² |
| mca (metro de coluna d'água) | 10,197 mca |
Nível, vazão e densidade não definem pressão. Eles aparecem nessa conversa porque a pressão é usada para inferir essas grandezas. O exemplo clássico é a coluna de líquido, em que a pressão relativa no fundo vale p = ρ · g · h (a pressão absoluta soma a isso a pressão atmosférica):
- Água (ρ = 1.000 kg/m³), coluna de 8 m: 1.000 × 9,81 × 8 = 78.480 Pa ≈ 0,785 bar.
- Óleo (ρ = 850 kg/m³), mesma coluna de 8 m: 850 × 9,81 × 8 = 66.708 Pa ≈ 0,667 bar.
A conta funciona nos dois sentidos: quem mede 0,667 bar no fundo de um tanque de óleo e calcula o nível com a densidade da água vai registrar 6,8 m em vez de 8 m. O instrumento está certo; a interpretação, não.
Os três tipos de pressão: relativa, absoluta e diferencial
Toda leitura de pressão é medida contra uma referência. Escolher a referência errada é um dos erros mais comuns na especificação.
- Relativa (manométrica): referência na pressão atmosférica local. É o que a maioria dos processos usa: pressão de bomba, de compressor, de rede hidráulica.
- Absoluta: referência no vácuo. Necessária quando a variação da pressão atmosférica interfere no resultado, em processos a vácuo ou em cálculos com gases.
- Diferencial: diferença entre dois pontos do processo. Serve para acompanhar a saturação de filtros, medir vazão por elemento deprimogênio ou medir nível em tanque pressurizado.
A pressão atmosférica não é constante: vale cerca de 1,013 bar ao nível do mar e cai com a altitude (em uma cidade a 760 m, fica em torno de 0,92 bar), além de oscilar com o clima. Por isso a diferença entre uma leitura relativa e uma absoluta muda de lugar para lugar. Nos datasheets da KELLER, as siglas indicam a referência: PR (relativo à atmosfera), PAA (absoluto, zero no vácuo), PA (selado, zero a 1.000 mbar absolutos) e PD (diferencial). Veja exemplos de cada caso em pressão absoluta, manométrica e diferencial.
Como o sensor transforma pressão em sinal
Instrumentos mecânicos, como o manômetro de tubo de Bourdon, convertem pressão em movimento de ponteiro. Na instrumentação eletrônica, o sensor converte pressão em um sinal elétrico. Duas tecnologias dominam a medição industrial.
Piezorresistivo
Um chip de silício com resistores integrados sofre uma pequena deformação sob pressão, e a resistência elétrica muda. Os resistores formam uma ponte de Wheatstone, cuja saída é proporcional à pressão. Em boa parte dos instrumentos industriais, como os da KELLER, uma membrana de aço inox e um óleo de enchimento isolam o chip do fluido.
O ponto fraco do silício é a sensibilidade à temperatura. A solução está na eletrônica: na Série 33X da KELLER, por exemplo, o transmissor é ajustado de fábrica em vários níveis de pressão e temperatura, e o microprocessador calcula a pressão corrigida por um modelo polinomial, com coeficientes gravados na memória do próprio instrumento, pelo menos 400 vezes por segundo.
Capacitivo
Uma membrana, geralmente cerâmica, funciona como uma das placas de um capacitor. Quando a pressão desloca a membrana, a distância entre as placas muda e a capacitância também. A tecnologia se destaca em baixas pressões, na casa dos milibares: a versão capacitiva do manômetro registrador LEO Record, por exemplo, trabalha com faixas de 30, 100 e 300 mbar e membrana cerâmica. A comparação completa está em sensor piezorresistivo ou capacitivo.
Do sensor ao instrumento: qual equipamento usar
O mesmo princípio de medição aparece em equipamentos com funções bem diferentes. A escolha depende do que você precisa fazer com o valor medido.
| Instrumento | O que entrega | Uso típico |
|---|---|---|
| Transdutor | Sinal elétrico proporcional à pressão, a ser tratado por outro circuito | Embutido em máquinas e equipamentos (OEM) |
| Transmissor | Sinal padronizado: 4…20 mA, 0…10 V ou digital (RS485) | Malhas de controle, CLP, supervisório |
| Manômetro digital | Leitura local em visor, alimentado por pilha | Inspeção, manutenção, testes em campo |
| Manômetro registrador / data logger | Série de leituras gravada com data e hora | Testes documentados, monitoramento sem rede elétrica |
| Pressostato | Contato elétrico ao atingir um valor ajustado | Alarme, partida e parada, intertravamento |
A diferença entre os dois primeiros está em diferença entre transmissor e transdutor de pressão. Para um panorama de todos os instrumentos de medição de pressão, consulte o guia geral.
Onde a medição de pressão industrial é aplicada
- Controle de processo: transmissores informam ao CLP a pressão de descarga de bombas, de compressores e de reatores, e o sistema atua sobre inversores e válvulas.
- Nível hidrostático: uma sonda no fundo do tanque, reservatório ou poço mede a coluna de líquido, e o nível sai de p = ρ · g · h.
- Hidráulica: prensas, cilindros e bancadas de ensaio trabalham com centenas de bar e exigem atenção a picos e à sobrepressão admissível.
- Refrigeração: a pressão do fluido refrigerante no evaporador e no condensador indica a temperatura de saturação. A pressão não "controla" a temperatura do alimento; ela é o indicador de como o sistema está operando.
- Filtros e trocadores de calor: a pressão diferencial entre entrada e saída mostra entupimento e perda de carga.
- Ensaios de estanqueidade e hidrostáticos: a curva de pressão ao longo do tempo é a evidência de que o sistema segura a pressão de teste.
Exemplo de especificação: Série 33X / 35X
Quando a aplicação pede erro baixo e comunicação digital, a Série 33X / 35X da KELLER ilustra bem o que observar num datasheet de transmissor:
| Característica | Série 33X / 35X (datasheet KELLER) |
|---|---|
| Princípio | Sensor piezorresistivo, compensação matemática de temperatura e não linearidade, conversor A/D de 16 bits |
| Saídas | RS485 digital em todas as versões; analógica 4…20 mA (2 fios), 0…10 V (3 fios) e outras saídas em tensão |
| Precisão, saída digital | 0,05 %FS (10…40 °C); 0,1 %FS (-10…80 °C); opcional 0,01 %FS só nas versões PA(A) 33X, em faixas específicas |
| Precisão, saída analógica | 0,1 %FS (10…40 °C); 0,15 %FS (-10…80 °C) |
| Faixas padrão | Relativas (PR): 1, 3, 10 e 30 bar; absolutas (PA/PAA): de 0,8…1,2 bar até 1.000 bar |
| Frequência de amostragem / resolução | 400 Hz / 0,002 %FS |
| Conexão | 33X: G 1/4"; 35X: G 1/2" com membrana frontal |
| Proteção / partes molhadas | IP65 (opcional IP67 ou IP68 com cabo) / aço inox AISI 316L e Viton |
| Rede | Até 128 transmissores em um mesmo bus RS485, conforme o software usado |
Repare em dois detalhes que valem para qualquer instrumento. Primeiro, a precisão é dada para uma faixa de temperatura: na saída digital, vale 0,05 %FS entre 10 e 40 °C e passa a 0,1 %FS na faixa de -10…80 °C. Fora dela, o datasheet não garante valor. Segundo, a saída analógica acrescenta erro (o próprio datasheet informa 0,05 %FS a mais), porque o valor digital precisa ser convertido em corrente ou tensão.
O datasheet também separa dois termos que costumam ser usados como sinônimos. Exatidão é uma noção absoluta e esbarra no padrão de referência: as balanças de peso morto comerciais usadas pela KELLER para calibrar transmissores e manômetros têm incerteza de 0,025%, e os padrões primários de laboratórios nacionais ficam na casa de 0,01%. Abaixo desses níveis, a KELLER usa o termo precisão: a capacidade de o instrumento concordar com o padrão comercial em cada ponto de pressão, a menos de 0,01% da referência no caso da opção de 0,01 %FS. Para entender como esses números se aplicam ao dia a dia, leia precisão de manômetro: %FS, % da leitura e classe de exatidão.
Por que a medição falha (e como evitar)
Instrumento de qualidade não basta: muitas leituras ruins nascem na especificação e na instalação.
- Faixa superdimensionada. O erro em %FS é calculado sobre o fundo de escala, não sobre a leitura. Exemplo: com 0,1 %FS, um transmissor de 0…100 bar erra até ±0,1 bar; medindo 2 bar, isso é 5% da leitura. Um de 0…3 bar erra até ±0,003 bar, ou 0,15% da mesma leitura.
- Referência errada. Sensor relativo onde o cálculo pede absoluto (ou o contrário) gera um desvio igual à pressão atmosférica local, que muda com a altitude e o clima.
- Temperatura fora da faixa compensada. Confira a faixa em que a precisão do datasheet vale e compare com a temperatura real do fluido e do ambiente.
- Picos e sobrepressão. Golpe de aríete e partidas de bomba geram picos acima da pressão de operação. Respeite a sobrepressão do datasheet: na Série 33X, por exemplo, a faixa de 10 bar admite 20 bar, e a de 30 bar admite 60 bar.
- Instalação. Tomada de pressão em ponto turbulento, vibração da tubulação e fluidos que entopem a conexão distorcem a leitura. Para meios viscosos ou com sólidos, uma membrana frontal ajuda a evitar a cavidade onde o produto se acumularia.
Instrumentos de origem suíça
Para quem procura instrumentos "made in Switzerland" para medição de pressão, a KELLER tem sede em Winterthur, na Suíça, e unidade em Jestetten, na Alemanha, ambas com sistema de gestão da qualidade ISO 9001. A Kelltech é a distribuidora oficial da KELLER no Brasil e atende com transmissores, transdutores, manômetros digitais, sondas de nível e data loggers importados. A origem, porém, não substitui a especificação feita aplicação por aplicação, com base no datasheet.
Precisa definir a medição de pressão de um processo ou de uma bancada? Conheça a Série 33X / 35X ou fale com a equipe técnica da Kelltech para escolher a faixa, a referência e o sinal de saída adequados.
Fale com um especialista e encontre o produto certo para a sua aplicação.Equipe técnica da Kelltech, distribuidora oficial KELLER no Brasil.
Chamar no WhatsApp
