Pressostato e Termostato: Curso de Automação Industrial - Vaportec
Aula 02 – Pressostato e Termostato: Curso de automação industrial
Este é o nosso curso de automação industrial sobre Pressostato e Termostato.
Na primeira aula falamos sobre as raízes da automação.
Também explicamos sobre as válvulas utilizadas para automatizar processos.
Se você não assistiu aqui abaixo está o vídeo para que você possa acessar e assistir a essa aula.
Hoje nós vamos seguir falando então sobre automação.
Porém hoje falaremos sobre os sensores e switchs de pressão e temperatura.
Conhecidos como pressostato e termostato.
Um pressostato e termostato são utilizados em sistemas on-off, ou seja, liga e desliga.
Estes equipamentos são aplicados principalmente como interruptores de pressão e temperatura.
Por meio da leitura dessas variáveis eles liberam ou cortam o sinal elétrico de acionamento de válvulas.
Assim como vimos na última aula.
Dessa forma são utilizados para ler e controlar a pressão e temperatura de equipamentos, como:
Skids de hidrante.
Vamos falar então sobre as práticas destes produtos, dos modelos e aplicações.
Mas, primeiro precisamos entender duas grandezas da física.
Dessa forma damos mais abrangência ao entendimento acerca da aplicação destes produtos.
Incluindo assim cada um deles em processos de utilidades industriais.
As grandezas físicas que vamos ver então são pressão e temperatura.
Elas são propriedades mensuráveis de um fenômeno, corpo ou substância.
Ou seja, propriedades que podem ser expressas quantitativamente, isto é, de maneira numérica.
Temperatura é a grandeza física que mede a energia cinética média das partículas de um corpo.
Isto é, mede o grau médio de agitação das partículas deste corpo.
Assim corpos com elevada temperatura apresentam uma maior agitação das partículas se comparados a corpos mais frios.
Essa definição de temperatura também é aplicada a gases, por exemplo.
Uma vez que a temperatura de um gás é proporcional a quão rápido as moléculas deste gás estão se movendo.
Então, isto pode ser observado também nas mudanças de estados físicos da matéria.
Onde o aumento de temperatura de um corpo sólido, por exemplo, resulta no aumento da agitação de suas partículas.
Dessa forma em um dado valor de temperatura essas partículas carregadas de energia cinética diminuem sua atração entre si. Assim a substância acaba por se transformar em líquido, como que se desprendendo entre suas partículas.
Se resfriamos um gás em determinada temperatura suas partículas então terão perdido energia cinética.
Assim acabam interagindo mais entre si.
Isso resulta na passagem do gás para o estado líquido.
Como em um condensador de amônia em refrigeração industrial, por exemplo.
As temperaturas de mudança de fase são importantes fisicamente falando.
Incluindo este contexto de automação industrial também.
Aliás, possuem inclusive nomenclatura própria:
Temperatura de fusão quando os corpos passam de sólidos para líquidos;
Temperatura de ebulição quando passam de líquidos para gás.
Existem afinal diversas escalas para medição de temperatura.
A escala de graus celsius é a mais utilizada.
No entanto, a escala de temperatura do sistema internacional de medidas SI.
A escala em graus Kelvin.
1 grau Kelvin corresponde a 1 grau Celsius + 273.
Por exemplo, 20 graus Celsius são correspondentes a 293 graus Kelvin e assim sucessivamente.
Agora vamos falar um pouco sobre a pressão.
Claro que nosso foco é sem dúvida o que é mais importante e básico.
Isso em termos de automação industrial e aplicação prática.
A pressão é a força exercida por unidade de área.
Isto é, a razão entre uma força que é a aplicada e a área sobre a qual ela está sendo aplicada.
Por exemplo, a pressão dentro dos pneus de carro é gerada pela força dos gases sobre a superfície interna do pneu.
Outros exemplos de pressão:
A atmosférica que é a força exercida pelo ar atmosférico sobre a superfície terrestre.
Ou o estouro de um balão de festa se for enchido demais.
O que ocorre então é que a pressão interna se torna muito grande e a força ocasionada sobre a superfície ocasiona seu rompimento.
Estes exemplos na indústria podem ser expostos por meio da pressão de ar comprimido em um reservatório.
No caso do balão, da explosão de uma caldeira ou vaso de pressão ocorrida devido aumento súbito de pressão. Assim como a falha dos pressostatos e dispositivos de segurança.
No caso da temperatura, existem diversas variáveis para medição de pressão.
As mais usuais na indústria são bar, kgf/cm² e psi.
Existem diversas tabelas de conversão entre elas para aplicações de produtos e projetos.
Se aumentarmos a temperatura aumentamos o grau de agitação das partículas, como falamos anteriormente. Entretanto, se diminuímos a pressão, também obtemos este mesmo resultado.
Isso acontece porque se diminuímos a pressão diminuímos a força aplicada sobre as partículas, deixando-as mais livres. E o efeito contrário é obtido logicamente através do aumento da pressão.
Vamos concluir essa parte acerca de pressão e temperatura.
No caso de fluidos térmicos como vapor e amônia por exemplo.
A pressão e temperatura são variáveis constantes.
Dessa forma quanto maior é a pressão maior é a temperatura.
Quanto menor é a pressão menor é a temperatura.
Outras variáveis físicas também estão envolvidas neste contexto.
Calor especifico,
Mais tantas outras que são avaliadas uma a uma em conceitos de projetos e equipamentos.
Visando sempre a extração do potencial máximo de transferência térmica destes fluidos em aplicações industriais.
Seguindo com a nossa aula.
Vamos falar sobre os pressostatos e para começar vamos entender:
O pressostato é um equipamento de medição de pressão.
Usado como parte de um sistema de proteção e segurança de equipamentos e processos industriais.
A sua função primordial é proteger os equipamentos.
Além de manter a seu funcionamento estável através do controle da pressão.
De maneira geral, um Pressostato é constituído por:
Um sensor,
O mecanismo de ajuste de ponto de funcionamento,
Uma chave elétrica de duas posições, aberta e fechada.
Como um interruptor elétrico por exemplo.
O mecanismo de ajuste de ponto de funcionamento é usualmente uma mola.
Ela contém determinada faixa de ajuste de acordo com cada aplicação.
Esta mola estabelece a pressão em que o Pressostato funcionará.
Esta pressão determinará a abertura ou fechamento do contato.
Esse por sua vez acionará ou desligará o sinal elétrico que opera a válvula, bomba ou equipamento em questão.
Existem três informações importantes acerca de Pressostato sobre as quais vale a pena falarmos:
o diferencial de pressão,
o tipo de contato,
o tipo de Pressostato (se é simples ou diferencial).
Pressostato: Diferencial Fixo ou Ajustável
Falando em diferencial, pensamos no intervalo entre atuação e desarme.
Os pressostatos podem ser fornecidos com dois diferenciais, diferencial fixo e diferencial ajustável.
O diferencial fixo oferece apenas um ponto de ajuste.
Sendo o intervalo entre os pontos de atuação e desarme, por exemplo.
Como o diferencial é de 0,3 bar, neste caso o equipamento pode ligar com 3 bar e desligar com 3,3 bar.
O diferencial ajustável permite ajuste de pressão e alteração do intervalo entre o ponto de atuação e desarme, por exemplo.
Como o diferencial é de 0,1 a 0,5 bar, neste caso o equipamento pode ligar com 3 bar e desligar de 3,1 até 3,5 bar.
Agora vamos falar de maneira breve sobre os contatos elétricos de um Pressostato.
Consideramos contato do tipo SPDT e DPDT.
Quanto ao tipo de contato disponível no microinterruptor, pode-se selecionar o tipo SPDT.
Significa single pole double throw.
É composto basicamente por um terminal comum, um contato NA e outro NF.
O tipo DPDT significa double pole double throw e é composto por dois terminais de cada.
Sendo um reserva para cada.
Usamos o Pressostato diferencial em circuitos eletropneumáticos.
Ele opera através da conexão primaria como Pressostato e a secundaria como vacuostato.
O respectivo conversor eletropneumático é acionado quando a diferença de pressão aceitável entre as duas tomadas de pressão é maior do que a pressão ajustada.
Sendo assim, podemos usar este tipo de Pressostato em conjunto com uma bomba de amônia, por exemplo.
Por segurança ela não irá rodar sem fluido refrigerante. Porque isso geraria a cavitação do seu mecanismo.
Pressostato e termostato: o que é um termostato?
O termostato é um dispositivo destinado a manter a temperatura de um determinado sistema ou equipamento constante. Por meio da regulação automática.
O termostato se trata de um instrumento que tem por função o impedimento da variação de temperatura de um sistema ou equipamento.
Sendo que esta temperatura é pré-definida de acordo com cada projeto e ajustada manual ou digitalmente no próprio termostato.
Este tipo de equipamento é composto por dois elementos básicos.
Um deles indica a variação térmica sofrida pelo sistema, chamado de elemento sensor.
O outro controla essa variação e corrige os desvios de temperatura.
Mantendo esta temperatura dentro do intervalo desejado, através do acionamento ou desligamento de válvulas, ventiladores, queimadores, compressores e outros equipamentos.
O primeiro termostato elétrico foi criado por Warren Johnson em 1884.
Após este período até chegarmos na indústria 4.0 a variação de tecnologias e funcionalidades foi extrema.
Dentro de automação industrial a utilização dos termostatos se dá em especial para controlar a temperatura de equipamentos, circuitos, caldeiras e ambientes refrigerados.
Pode-se utilizar o dispositivo para iniciar a parada do sistema ou equipamento quando a temperatura atingir o valor referencial. Ou ainda, enviar um alerta quando a temperatura cair abaixo do limite estabelecido.
Desta forma protegem-se os equipamentos e processos e se mantém constantes.
Por meio do controle de temperatura dentro da faixa segura e de operação de cada equipamento e de cada processo.
O termostato é tanto um dispositivo de controle quanto um dispositivo de segurança.
Os termostatos mecânicos utilizam elementos de sensor bimetálico.
Seguindo o princípio de expansão de gás para seu funcionamento, liberando ou cortando o sinal elétrico que atua o equipamento principal de controle, como falamos anteriormente.
Entendemos os fundamentos de pressão e temperatura e o que é pressostato e termostato.
Vamos agora falar sobre os equipamentos e soluções da Danfoss neste sentido.
Pressostato e termostato Danfoss
Nesta primeira imagem, podemos observar em especial pressostatos para trabalhar em sistemas de ar e gases.
Com diferentes tipos de construção e diferentes faixas de aplicação.
Destes pressostatos destacamos o Pressostato tipo KP.
Certamente o Pressostato mais utilizado na indústria global.
Com extrema precisão, confiabilidade e durabilidade é amplamente utilizado no controle de compressores e sistemas de ar comprimido, além de é claro outros gases.
O Pressostato KP é fornecido em diversos modelos.
Podendo ser usado em pressões que variam de – 0,2 bar até 20 bar, com opções de diferencial fixo e ajustável e rosca de conexão em ¼".
Nesta segunda imagem podemos observar então quatro modelos distintos de pressostatos.
Estes são modelos que possuem diferenças significativas entre si.
Para exemplificarmos estas diferenças de forma prática vamos dar exemplos de aplicação para cada um deles.
Assim poderemos entender de que forma cada um supre cada necessidade.
O primeiro é o Pressostato KPI, muito similar ao Pressostato KP na sua construção e funcionamento.
O KPI foi desenvolvido para atender a aplicações em sistemas de líquidos além de gases.
O Pressostato KPI é o Pressostato mais usado para controles de bombas de água em skids.
Como por exemplo, skids de hidrante e combate a incêndio.
O KPI controla tanto a pressão da bomba principal quanto da bomba jockey do sistema.
Já o Pressostato KPS tem aprovações navais e um grau de proteção IP-67.
Muito utilizado na indústria naval, off-shore, química e petroquímica e em outras industriais e meios agressivos.
Este Pressostato carrega então uma série de normativas e aprovações internacionais que colocam este equipamento em um patamar superior ao que temos como standard no mercado nacional e até mesmo internacional.
O Pressostato MBC é um Pressostato em bloco.
Desenvolvido especialmente para aplicações hidráulicas em óleo de alta pressão.
Com grande precisão e resistência é um Pressostato que suporta então aplicações em pressões de até 400 bar.
Além disso ele mantém uma precisão muito acima da média deste tipo de equipamento.
Também acompanhado por diversas certificações internacionais e aplicável nas mais diferentes industrias.
Como é o caso do MBC que falamos anteriormente.
Por último, mas não menos importante, temos o Pressostato RT.
Especialmente projetado e desenvolvido para controlar equipamentos de grande porte como autoclaves com o vacuostato RT 121 ou caldeiras de vapor.
Além de outros tipos de equipamentos com necessidade de controle e segurança superiores a aplicações de menor importância, por exemplo.
Referência em segurança e repetibilidade certamente o Pressostato e vacuostato RT carrega consigo o sinônimo de qualidade e tradição da marca Danfoss.
De maneira breve mostramos agora então os pressostatos diferencias.
Seguindo as mesmas características por modelo dos mencionados anteriormente.
Porém agora para aplicações onde é necessária a leitura e controle da pressão com duas tomadas.
Desta forma, vamos seguir falando de pressostato e termostato.
Entendemos que o conceito por trás dos termostatos segue o mesmo dos modelos de pressostatos.
Ou seja, a sua nomenclatura define a sua aplicação, tal como mencionamos anteriormente.
Nesta primeira imagem podemos observar então o termostato CAS, KP e KPS.
O termostato KP é o mais usual de toda linha, tal como o Pressostato KP.
Já o termostato KPS possui uma maior resistência e grau de proteção.
Sendo utilizado normalmente em aplicações na indústria naval e em industrias com maior agressividade de meio.
Quanto a temperatura controlada podemos observar a temperatura girando em torno de -50 até 250 graus em média, variando de acordo com cada modelo.
Nesta segunda imagem podemos observar o termostato MBC, seguindo aplicações hidráulicas.
Também está exposto o Pressostato RT para aplicações em equipamentos de grande porte e suportando um alto diferencial de temperatura, sendo aplicado em processos e equipamentos que variam de -50 até 300 graus.
Termostato diferencial segue o mesmo princípio de funcionamento do Pressostato diferencial.
Ou seja, medindo duas faixas de pressão e exercendo seu controle com base na diferenciação entre essas duas temperaturas.
A seguir vamos ver um breve vídeo mostrando o funcionamento básico dos pressostatos.
Dentro destes conceitos, nossa intenção foi mostrar da maneira mais clara possível que é possível controlar as variáveis de pressão e temperatura de maneira simples.
Explicar um pouco mais sobre pressostato e termostato.
Fazendo assim automações básicas e com equipamentos que não requerem um grande conhecido técnico para sua especificação e instalação.