Manômetros para medição de pressão de gás: tipos, características de construção e funcionamento dos medidores

Frequentemente surge a necessidade de medir a pressão criada pelo gás. Por exemplo, em cilindros, gasodutos, em diversos recipientes e vasos. Para controle e monitoramento dos indicadores, são utilizados manômetros para medição de pressão de gás. Esses dispositivos são usados em diferentes áreas da vida, desde a medicina até a indústria pesada.

Para que a aquisição do instrumento não seja em vão e o manômetro comprado atenda aos requisitos dos processos produtivos, vale a pena se familiarizar com a classificação. Vamos apresentar a você as variedades de medidores de pressão de gás. Explicaremos suas características construtivas e princípios de funcionamento.

Classificação por tipo de pressão medida

Os instrumentos utilizados para obter dados sobre os parâmetros de pressão do gás em gasômetros, em tubulações de transporte, em cilindros de gás e em outros reservatórios são classificados por vários critérios. Eles diferem em seu dispositivo e princípio de funcionamento.

Os dispositivos com os quais se mede a pressão são divididos em classes por:

• tipo de pressão medida;
• finalidade;
• pelo princípio de funcionamento;
• classe de precisão.

Por tipo de pressão medida, os instrumentos destinados à determinação de indicadores precisos são divididos em manômetros, vacuômetros, medidores de tiragem, medidores de pressão, barômetros e outros.

Dependendo do grau de proteção contra a influência do ambiente externo, são produzidos os seguintes instrumentos:

• padrão;
• protegidos contra entrada de poeira;
• à prova d'água;
• protegidos contra ambientes agressivos;
• à prova de explosão.

Um único produto pode combinar vários tipos de proteção.

O esquema apresenta a divisão dos dispositivos de medição por princípio de funcionamento, por tipo de pressão, por aplicação e por exibição. Instrumentos líquidos e de pistão com carga para obter dados sobre pressão de gás são raramente utilizados.

Manômetro é um instrumento de pequeno porte usado para medir pressão ou diferença de pressão. O princípio de funcionamento deste instrumento de medição e controle depende de sua construção interna. Dentro de uma mesma classe, eles ainda são subdivididos em grupos dependendo da classe de exatidão.

Para medir a pressão absoluta, cujos valores são medidos a partir do zero absoluto (vácuo), são utilizados manômetros absolutos. A pressão manométrica é determinada por um manômetro de pressão manométrica. Em geral, todas as variedades de tais instrumentos são chamadas de uma única palavra: 'manômetro'.

A maioria das variedades de manômetros é projetada para medir valores de pressão manométrica. Sua particularidade é que eles mostram a pressão, que representa a diferença entre a pressão absoluta e a atmosférica.

Vacuômetros são dispositivos que indicam o valor da pressão de um gás rarefeito. Usando manovacuômetros, são medidas a pressão manométrica e a pressão de gás rarefeito. As informações são exibidas em uma escala única.

Com a ajuda de manômetros de pressão, são determinados parâmetros de pressão manométrica com valores de até 40 kPa. Já os vacuômetros, ao contrário, permitem medir vácuo de até -40 kPa. Com manômetros de pressão e vácuo, são medidas a rarefação e a pressão manométrica na faixa de -20 a +20 kPa.

Manômetros são utilizados nos mais diversos setores. Trabalhar com gás envolve alto risco, por isso é importante monitorar todos os parâmetros do sistema. A informação sobre a pressão fornece aos usuários dados sobre o estado atual do objeto medido.

Com manômetros diferenciais, é possível determinar a diferença de pressão em dois pontos arbitrários a serem investigados. O micromanômetro é um manômetro diferencial que permite medir valores de diferença de pressão na faixa de 40 kPa.

Classificação por princípio de funcionamento

Manômetros de gás, dependendo do mecanismo de leitura das indicações, são divididos em:

• Deformação;
• Elétricos;
• De peso e pistão;
• Líquidos.

Cada tipo tem suas características próprias.

Tipo de manômetro por deformação

O princípio e as bases de funcionamento dos dispositivos da classe de deformação consistem em que a pressão atua sobre o elemento sensível do instrumento, que se deforma. O nível de pressão é determinado pelo grau de deformação.

Manômetros de deformação são fabricados com componentes de trabalho de mola tubular, fole ou membrana, que possuem alta sensibilidade.

Os elementos sensores em dispositivos de mola tubular são molas tubulares. Esses produtos consistem em tubos curvados em círculo com seção transversal oval. O gás atua na superfície interna do tubo. Durante essa ação, o tubo se deforma e muda sua forma, aproximando-se de uma forma arredondada.

Uma extremidade do tubo é vedada e pode se mover. A outra é aberta e fixada por suportes. Quando o tubo de mola se curva, a força também atua nos anéis, que então desdobram a mola. A extremidade vedada da mola se move de acordo com a força da pressão. Esse movimento é transmitido para a escala de medição.

Para medição de pressão até 40 bar, são utilizadas molas circulares. Para pressões mais altas, são usadas molas helicoidais ou espirais, localizadas em um mesmo plano. O erro de indicação na medição de pressão por este método é de 1 a 4%.

Os elementos sensíveis de membrana e fole permitem medir eficientemente pequenos valores de pressão manométrica e de vácuo.

O fole é fabricado segundo o princípio de uma mangueira de fole sanitária. Consiste em um tubo metálico de parede fina feito de anéis transversais móveis. Dependendo do material e dos parâmetros de fabricação, o fole pode ser mais ou menos rígido.

Sob o efeito de altas temperaturas, com o tempo, acumulam-se deformações plásticas, o que prejudica a exatidão das indicações. Além disso, em temperaturas elevadas e com pulsação de pressão, a alteração da característica estática é acelerada.

Os elementos sensíveis de membrana apresentam a maior diversidade. A classe de precisão de tais dispositivos não ultrapassa 1,5. Nestes instrumentos é previsto um sistema de proteção. Em caso de sobrecarga, a membrana encosta em um dispositivo de proteção especial.

Caixas de membrana são frequentemente instaladas em instrumentos que medem pressão positiva e negativa. Manômetros de pressão positiva, vacuômetros e manovacuômetros com caixas de membrana são fabricados com classes de precisão 1,5; 2,5 e limite de medição de até 25 kPa.

As membranas planas têm um deslocamento pequeno do ponto de trabalho, por isso são mais frequentemente usadas para converter pressão em força. Elas são instáveis, mas bem calculáveis.

Membranas corrugadas, juntamente com caixas similares, são usadas para melhorar a característica estática. As primeiras se deslocam melhor, porém são difíceis de calcular. As segundas são usadas com muito mais frequência devido à sua rigidez reduzida.

Para medir pequenos valores de pressão, utilizam-se dispositivos com membranas flexíveis.

Os instrumentos necessitam de proteção contra o efeito de altas temperaturas, pois isso afeta negativamente a elasticidade e a sensibilidade dos elementos de trabalho principais.

Manômetros mecânicos indicadores

Muitos manômetros com mola tubular são, na verdade, dispositivos de transformação direta. Isso significa que a pressão é convertida em deslocamento do elemento sensível e de um dispositivo mecânico em contato com ele.

No esquema, o conector está posicionado radialmente, porém também são fabricados manômetros com posicionamento axial do conector.

Sob a ação da pressão, a extremidade livre da mola se move, o tirante atua sobre o setor dentado, ocorrendo a rotação da engrenagem e do ponteiro indicador.

Manômetros indicadores de mola são fabricados com faixa de medição de 0,1 a 103 MPa e possuem diferentes classes de exatidão. Modelos padrão são produzidos com classes de exatidão 0,15; 0,25; 0,4. Medidores da categoria de trabalho de alta precisão – 1 e 0,6. Os de uso técnico geral – com classes de exatidão 1,5; 2,5; 4.

Manômetros de ação eletrocontato

Estruturalmente, é um aprimoramento do manômetro indicador. O princípio de funcionamento consiste no fechamento do circuito quando o ponteiro atinge o valor limite de pressão.

Na construção do manômetro indicador, são incorporadas adicionalmente agulhas com contatos elétricos pressionados, posicionadas em frente aos valores a serem sinalizados.

O circuito elétrico é fechado e a sinalização é acionada quando o ponteiro indicador atinge uma das agulhas com contatos. A classe de exatidão desses manômetros é 1,5. A faixa de medição corresponde aos valores padrão.

Para sinalização ou para controle de posição, são utilizados relés de pressão com marcação RD. Eles medem pressões na faixa de 12 a 1600 kPa. O relé é ajustado para os limites superior e inferior de ativação com base nas leituras de um instrumento de referência, e possui potência de ruptura de 10 W.

Modelos de manômetros autorregistradores

A indústria fabrica manômetros com um sistema integrado de leitura de indicadores que registra os valores em um diagrama de disco, de modo que a dinâmica dos indicadores possa ser acompanhada posteriormente. Uma rotação pode ser realizada em 8, 12 ou 24 horas. O movimento é feito por motor elétrico ou mecanismo de relojoaria.

O funcionamento do registrador manométrico baseia-se na transmissão de sinal por uma mola tubular de grande diâmetro, que possui força de tração. Ela transmite o movimento do elemento sensível ao sistema de indicação. Os dispositivos com a marcação MTS registram valores de pressão manométrica.

Tais dispositivos requerem controle por parte do operador e possuem classes de exatidão 1; 1,5; 2,5.

Elementos sensíveis de fole são utilizados em manômetros diferenciais registradores, que podem ser adicionalmente equipados com dispositivo de sinalização e transdutor pneumático. Tais instrumentos medem pressão na faixa de 6,3 kPa a 0,16 MPa e possuem classes de exatidão 1; 1,5.

Tipo de manômetro de pistão com carga

Esses manômetros são frequentemente usados como padrão na calibração de outros instrumentos de medição. Sua faixa de medição é bastante ampla. Dependendo da construção do instrumento, pode começar com valores significativos de vácuo e terminar com pressão manométrica de até 2500 MPa. A classe de exatidão atinge valores máximos de até 0,0015.

Cada vez que um instrumento de medição é submetido a uma carga acima do normal, ele perde em duração de vida útil e em precisão das medições.

O princípio de funcionamento consiste em manter o cilindro no pistão em um estado específico, enquanto de um lado são aplicados pesos de calibração e do outro a pressão medida. Dependendo do peso dos pesos, avalia-se a magnitude da pressão gerada.

O principal elemento de trabalho do instrumento é a coluna de medição. Dependendo da qualidade de sua fabricação, precisão e limpeza das conexões, a magnitude do erro também varia.

Os GPM que operam a gás têm o menor erro de medição. No entanto, esses dispositivos custam muito mais devido às características de sua construção e à necessidade de filtrar o gás de partículas estranhas.

Funcionalmente, o manômetro de peso de pistão consiste em um dispositivo de geração de pressão, sistema de medição e pesos. O dispositivo é equipado com um mecanismo rotativo para aumentar e diminuir a pressão, além de uma válvula de alívio de pressão.

Manômetros com pistão não vedado são amplamente utilizados. Neles, há uma folga entre o pistão e o cilindro. O reservatório abaixo do pistão é preenchido com óleo, que sob pressão flui para a folga e lubrifica as superfícies de atrito.

Medidor elétrico de meio gasoso

Esses manômetros são usados para converter a pressão direta ou indireta do gás em um parâmetro elétrico. Os manômetros mais comuns desse tipo são: extensômetros, capacitivos e instrumentos de resistência. A pressão é medida na faixa de 100 Pa a 1000 MPa. Os instrumentos são fabricados com classes de precisão de 0,1 a 2,5.

O funcionamento dos manômetros baseados no efeito extensométrico consiste na alteração do valor da resistência do condutor devido à deformação. Eles medem pressão na faixa de 60 a 10⁸ Pa com erro mínimo.

A montagem flangeada do sensor e a construção especial do instrumento permitem a leitura de dados de pressão em ambientes particularmente agressivos com temperaturas de até 300 °C. São usados para medição de pressão em sistemas com processos de fluxo rápido.

O esquema de funcionamento dos manômetros de resistência baseia-se na dependência da resistência do condutor com a pressão. Normalmente, esse tipo de dispositivo é usado para medir pressão de nível particularmente alto, acima de 100 MPa.

O elemento sensor nesse instrumento é um fio de manganina, cuja resistência é facilmente medida por uma ponte equilibrada.

O funcionamento dos manômetros capacitivos baseia-se na ação da pressão sobre uma membrana, que atua como um eletrodo móvel. Quando a membrana se move, ocorre uma alteração na capacitância do transdutor. Eles são caracterizados por erros térmicos significativos.

Em manômetros capacitivos, a deflexão da membrana é determinada por um circuito elétrico. Esses instrumentos são usados em sistemas com rápidas variações de pressão.

Instrumentos de medição líquidos

A determinação da pressão por esses instrumentos ocorre equilibrando a pressão medida com a pressão gerada por uma coluna de líquido. Dessa forma, é possível medir pequenas pressões manométricas, pressão atmosférica, nível de vácuo e diferenças de pressão.

Este grupo inclui manômetros em U, que consistem em vasos comunicantes e a pressão é determinada pelos níveis do líquido; micromanômetros de compensação; manômetros de cuba, onde um reservatório substitui o segundo tubo; manômetros diferenciais de flutuador, de sino e anulares.

Os manômetros de dois tubos permitem medir diferenças de pressão. Nesse caso, cada tubo é conectado a uma das pressões a serem medidas.

Em instrumentos de medição por líquido, o fluido de trabalho é análogo ao elemento sensor.

Os manômetros diferenciais geralmente são equipados com alarmes, medidores de vazão, reguladores e dispositivos de registro. Faixa de medição de 10 a 10⁵ Pa. O limite de medição varia conforme os líquidos que preenchem o instrumento.

Divisão por função

De acordo com a finalidade, destacam-se os seguintes tipos de manômetros usados para medir pressão de gás:

• técnicos gerais;
• padrão;
• especiais.

Vamos considerar as características de cada tipo.

Manômetros de uso técnico geral

Este tipo de manômetro é fabricado para medir valores de pressão de vácuo e pressão manométrica para fins técnicos gerais. Várias modificações dos dispositivos permitem seu uso em diversos ambientes. São usados para medir pressão em processos industriais diretamente durante os processos tecnológicos.

A pressão nesses instrumentos atua no tubo por dentro e causa o deslocamento da extremidade livre. Um mecanismo interage com ela, movendo o ponteiro.

Com esses manômetros, é possível medir a pressão de meios gasosos que não são agressivos para ligas de cobre, a uma temperatura de trabalho de até 150 °C. Normalmente, o corpo do produto é feito de aço, e as peças do mecanismo são de liga de latão.

Os manômetros técnicos gerais para gás de baixa ou alta pressão são fabricados resistentes a vibrações com frequência entre 10 e 55 Hz, e amplitude de deslocamento máxima de 0,15 milímetros. Possuem várias classes de precisão, de 1 a 2,5.

Os manômetros digitais têm tamanhos pequenos, são caracterizados por alta precisão de medição e longa vida útil. Além disso, esses dispositivos podem ser calibrados.

Ganham popularidade os manômetros de gás de uso geral com placa eletrônica, na qual são exibidos os dados das medições realizadas. Eles frequentemente são equipados com conversores, o que automatiza os processos tecnológicos. Os valores de pressão são exibidos no mostrador eletrônico.

Grupo de manômetros especiais

Tais instrumentos são fabricados para um tipo específico de gás e o ambiente que ele cria. Para sistemas com pressão elevada, são fabricados manômetros para gás de alta pressão. Alguns gases são agressivos em relação a certas ligas; portanto, para trabalhar com eles, é necessário utilizar materiais resistentes.

Manômetros especiais são pintados com tintas de várias cores, dependendo do tipo de gás.

Manômetros de propano são pintados de vermelho, possuem corpo de aço e características de manômetros de uso geral. A pressão de trabalho desses instrumentos é de 0 a 0,6 MPa. Esta é a pressão padrão do propano. É possível operar na faixa de temperatura de -50 a +60 °C. A temperatura do meio de trabalho é de até +150 °C. Frequentemente, eles acompanham os redutores de cilindro.

Medidores de pressão de amônia em cilindros e outros reservatórios são pintados de amarelo. Unidades com compressão em múltiplos estágios são equipadas com escala de temperatura. Os componentes do manômetro são fabricados com materiais resistentes aos vapores de amônia.

Na presença de cargas dinâmicas severas, os manômetros são preenchidos com glicerina ou silicone.

O manômetro de acetileno é pintado de branco. É fabricado como manômetro de sistemas de segurança a partir de materiais desengordurados. É utilizado para medição de pressão manométrica em vários sistemas de distribuição e geração de acetileno. O corpo é fabricado em aço, os componentes internos em liga de latão. Faixa de temperatura permitida de -40 a +70 °C.

O manômetro de hidrogênio é pintado de verde escuro. O manômetro para outros gases inflamáveis é pintado de vermelho. O instrumento de medição para misturas não inflamáveis é pintado de preto. O manômetro de oxigênio é pintado de azul-claro.

Dispositivos padrão para medição de pressão

Este tipo de manômetro é destinado à verificação, calibração e ajuste de outros instrumentos, a fim de garantir a mais alta precisão das medições. Tais dispositivos se distinguem por uma classe de precisão mais alta em comparação com os de uso geral. Os padrões de trabalho são divididos em três categorias.

Manômetros de controle, usados para verificar a confiabilidade das leituras dos instrumentos de medição no local de instalação, também são chamados de manômetros de alta precisão. Faixa de medição de trabalho de 0-0,6 a 0-1600 bar para meios gasosos.

Manômetros para cilindros de gás comuns e cilindros de gás compósito devem passar pelo procedimento de verificação pelo menos uma vez por ano, a menos que outros prazos sejam indicados nos documentos do instrumento. A verificação é realizada por organizações metrológicas acreditadas, com status de pessoa jurídica. Após a verificação, é emitido um certificado e aplicado um selo.

O instrumento deve ser removido do cilindro e levado ao serviço metrológico. Lá, os verificadores e calibradores realizarão a verificação por aproximadamente 10 dias, utilizando um conjunto de padrões e instrumentos auxiliares.

Os mecanismos de transmissão nos manômetros padrão são usinados com uma frequência de engrenamento mais elevada. Eles se caracterizam por atrito mínimo no mecanismo do ponteiro e alta sensibilidade dos elementos internos.

Os manômetros padrão com classe de exatidão 0,4 possuem escala de 250 unidades; os com classe de exatidão 0,15 ou 0,25 possuem escala de 400 unidades com valor de divisão de 1 unidade. O funcionamento do dispositivo é possível em diferentes temperaturas, dependendo do fluido de preenchimento da caixa. A temperatura de trabalho ideal é de 20 °C.

Para conhecer as especificidades do reabastecimento de cilindros de gás, leia o artigo a seguir. Vale a pena lê-lo para todos os proprietários de propriedades rurais que não estão conectados ao fornecimento centralizado de gás.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Princípio de funcionamento do manômetro de mola:

Características e áreas de aplicação do manômetro:

Os manômetros são fabricados para resolver diferentes tarefas. Os tipos técnicos gerais são os mais populares, utilizados em pequenas indústrias, por diversas empresas que trabalham com equipamentos e sistemas a gás. Os manômetros eletrocontato são dispositivos que sinalizam quando um valor crítico é atingido.

Para verificação e ajuste de manômetros, utilizam-se manômetros padrão. Manômetros especiais são fabricados para medir a pressão de um meio gasoso específico. Entre eles, os manômetros de propano são muito populares, frequentemente instalados em conjunto com o regulador de pressão em cilindros de gás.

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