Um pressostato é um tipo de sensor industrial que pode detectar uma certa quantidade de pressão e abrir ou fechar um contato elétrico. Existem dois tipos principais de pressostatos; pressostatos elétricos e pressostatos mecânicos.
Neste artigo, vamos discutir o que são pressostatos, sua construção e operação, aplicações e outras características.
O que é um pressostato?
Um pressostato é um tipo especial de interruptor que pode funcionar com fluidos ou gases. Em sua forma mais elementar, um pressostato é capaz de detectar uma mudança na pressão. De acordo com um nível de pressão predeterminado/predefinido, esses interruptores ativam seus contatos elétricos para imitar a ação de um interruptor real.
Os pressostatos são fabricados em três formas: pressostatos eletromecânicos, de estado sólido e eletrônicos. Embora os pressostatos eletrônicos e de estado sólido sejam as tecnologias mais recentes, os pressostatos do tipo eletromecânico estão na indústria desde 1849.
Como mencionado acima, os pressostatos estão disponíveis para uso com copos e líquidos. O tipo de pressostato compatível com líquidos é chamado de 'pressostato hidráulico'. Os 'pressostatos pneumáticos' funcionam com sistemas onde é usado ar comprimido.
Como funcionam os pressostatos
Os pressostatos estão disponíveis em várias configurações. A forma mais simples de pressostatos é o tipo SPDT. SPDT significa Pólo Único, Lançamento Duplo tipo. A figura mostrada abaixo indica uma seção transversal de um pressostato mecânico.
O pressostato mostrado aqui está alojado na carcaça (F), onde os contatos elétricos são mostrados em (A). Possui duas posições, Normalmente Aberto (NO) e Normalmente Fechado (NC). A abertura na parte inferior (H) é a porta de entrada onde a alimentação pneumática/hidráulica é conectada ao interruptor. Existe um pistão (D) que é carregado por mola, que pode se mover para cima quando houver pressão suficiente. A primavera tem um conhecido Primavera constante que permite a determinação precisa da pressão de ativação.
Quando a pressão do fluido/pneumático excede o limite, o êmbolo é empurrado para cima, o que força o pino de operação (B) a exercer força no botão de disparo isolado mostrado em E. Isso, por sua vez, ativa o interruptor e muda o contato de NF posição NA, fechando os contatos NA.
Para ajustar a força de disparo, a porca de ajuste de disparo (G) pode ser ajustada para aumentar ou diminuir o limite. Isso permite definir o nível de pressão no qual o microinterruptor alterna entre as posições normalmente fechada e normalmente aberta.
Ao discutir os limites de comutação, outro fator chamado 'histerese' também deve ser mencionado. Assim como quando o interruptor é ativado devido a um aumento/diminuição da pressão, ele deve retornar à sua posição de repouso quando a pressão diminuir novamente. Se este ponto de comutação/reinicialização for um valor único, a chave pode tender a oscilar se a pressão for marginal.
Para evitar esta condição, foi introduzida uma histerese mecânica/elétrica. Isso garante que o interruptor seja ativado em um determinado limite e mantenha sua posição até que a pressão caia/aumente abaixo de um determinado valor. Isso geralmente é expresso como uma porcentagem do valor do ponto de comutação. Para interruptores mecânicos, isso não é configurável e geralmente é de cerca de 20%. Os pressostatos eletrônicos geralmente possuem uma histerese personalizável.
Tipos de interruptores de pressão
Existem dois tipos principais de pressostatos, pressostatos mecânicos e pressostatos eletrônicos. Os pressostatos mecânicos também são conhecidos como pressostatos eletromecânicos.
Interruptor de pressão mecânico
Os pressostatos mecânicos geralmente consistem em um interruptor elétrico de ação rápida (tipo clique) acionado usando um elemento sensor mecânico. O conjunto mecânico se move em resposta a mudanças na pressão do sistema; fluido ou pneumático.
Os pressostatos mecânicos são usados para detectar a presença ou ausência de pressão de fluido/ar em um sistema. Uma dessas aplicações é o sensor de pressão do óleo do veículo, onde um indicador é conectado para mostrar se há algum problema no motor.
Ao atingir o limite de comutação, os pressostatos mecânicos acionam seus contatos elétricos e, assim, sinalizam a presença/ausência de pressão.
Existe também outro tipo de pressostatos mecânicos/eletromecânicos; sensores de pressão diferencial.Esses sensores têm duas portas de entrada em contraste com os sensores de entrada única. Quando a pressão disponível nos dois lados é igual, o interruptor fica na posição neutra. Quando a pressão de um lado aumenta, o pistão se move para o lado de baixa pressão e aciona o interruptor.
Existem poucos tipos de pressostatos mecânicos, classificados de acordo com a tecnologia utilizada:
- Interruptores de diafragma
- Esses interruptores utilizam um diafragma de metal soldado (vedado) que atua diretamente no próprio interruptor. Estes podem funcionar com pressões de até 10.43 bar e vácuo, mas recomendados para uso em ciclos de baixa taxa limitados em torno de 25 ciclos por minuto.
- Interruptores de tubo de Bourdon
- Semelhante aos interruptores de diafragma, eles usam um tubo Bourdon selado por solda para acionar o interruptor. Estes também são interruptores de baixa taxa de ciclo, mas podem suportar até cerca de 1240 bar (124 MPa) de pressão.
- Interruptores de pistão de diafragma
- Esses interruptores utilizam um diafragma elastomérico que é conectado a um pistão. O pistão acionou o interruptor. Os interruptores de pistão de diafragma funcionam com pressões de vácuo a 110 psi (750kPa).
- Estes têm uma vida útil mais longa de 2.5 milhões de ciclos médios.
- Interruptores de pistão
- Os pressostatos de pistão possuem pistões vedados com anel de vedação que atuam diretamente nos interruptores de ação instantânea.
- Estes têm uma vida útil mais longa de 2.5 milhões de ciclos médios.
Pressostato eletrônico
Os pressostatos eletrônicos foram introduzidos em 1980 pela Barksdale. Estes também são conhecidos como 'chaves de pressão de estado sólido' ou 'chaves de pressão digitais' que possuem pouca ou nenhuma peça mecânica. Eles são geralmente feitos de cola Strain gauge sensores acoplados com triacs para imitar contatos mecânicos.
Os pressostatos digitais modernos possuem pontos de comutação programáveis, histerese ajustável e saídas analógicas/digitais para integração fácil com controladores lógicos programáveis (CLPs). Pressostatos eletrônicos podem emitir sinais analógicos (4-20mA) e sinais digitais. Isso permite que os controladores monitorem não apenas os limites de pressão, mas também os valores de pressão em um sistema.
Quando comparados com pressostatos mecânicos, os pressostatos de estado sólido apresentam várias vantagens, que incluem:
- Ciclo de vida mais longo (~ 10 milhões de ciclos)
- Precisão melhorada (0.5%)
- Alta resistência ao choque/vibração
- Estabilidade de longa duração
Critérios de Seleção do Interruptor de Pressão
Para selecionar um pressostato que melhor se adapte a uma aplicação específica, você precisa considerar vários fatores:
- Tipo de mídia
Nem todos os sensores são compatíveis com todos os tipos de líquidos/gases. Por exemplo, a Borracha de Nitrila Butadieno (NBR) é melhor para ar e óleo hidráulico/máquina, enquanto a Borracha de Monômero de Etileno Propileno Dieno (EPDM) é adequada onde a água é o meio.
- Pressão
A pressão à qual o sensor está sujeito deve ser uma das principais preocupações ao selecionar um sensor. Sensores baseados em diafragma são adequados para aplicações de vácuo e baixa pressão onde os projetos baseados em pistão são mais adequados para aplicações de alta pressão.
- Estabilidade de Temperatura
- Repetibilidade (Precisão)
Um sensor é tão confiável quanto sua repetibilidade. Ser capaz de alternar repetidamente no mesmo limite é crucial para um pressostato garantir seu lugar em uma aplicação específica.
- Histerese
Explicada de forma simples como a diferença entre o ponto de ajuste e o ponto de reinicialização, a histerese desempenha um papel importante em termos da resposta de comutação da chave. Muita histerese fará com que a chave permaneça travada por mais tempo, enquanto uma histerese significativamente mais baixa fará com que a chave alterne entre os estados ligado/desligado com frequência.
- Construção física
Os interruptores mecânicos podem ser úteis quando for necessária uma detecção/atuação menos frequente. Os pressostatos eletrônicos são mais adequados para aplicações onde é necessário um controle preciso, como programação, saídas analógicas e ajuste de pontos de ajuste de pressão.
Diagrama do Interruptor de Pressão
A maioria dos pressostatos mecânicos é capaz de lidar com altas tensões, como 110V/220V AC. Portanto, um pressostato mecânico pode ser conectado diretamente a uma carga conforme mostrado na figura abaixo.
Quando o pressostato não está acionado, a saída normalmente fechada é conectada à lâmpada vermelha. Isso acende a lâmpada vermelha. Quando uma pressão é detectada, a chave desconecta sua saída normalmente fechada e conecta a saída normalmente aberta com o terminal comum. Isso desliga a lâmpada vermelha e acende a lâmpada verde.
Para pressostatos digitais como o DP-M2A pela Panasonic Automation Controls, a fiação pode ser feita conforme mostrado na figura abaixo.
Este sensor também fornece uma saída analógica, portanto, ao conectar o fio branco com uma carga que varia de 0-250 Ohms, a leitura da pressão também pode ser obtida por um CLP ou microcontrolador.
Preço do interruptor de pressão
Os pressostatos estão disponíveis em duas categorias, conforme mencionado acima. Entre pressostatos eletrônicos e mecânicos, os mecânicos tendem a ser mais baratos que os pressostatos eletrônicos. Isso se deve à menor complexidade na construção e no próprio processo de fabricação.
Um pressostato mecânico de uso geral pode custar de US $ 10 a US $ 20 até algumas centenas de dólares.
Os pressostatos eletrônicos, por outro lado, geralmente são caros devido às suas características, robustez e alta confiabilidade. A partir de cerca de US $ 100 para versões básicas com menos recursos, pressostatos altamente complexos e sofisticados, como Interruptor de Pressão Ashcroft DDS pode custar até alguns milhares de dólares.
O que é um interruptor de baixa pressão?
Os pressostatos de baixa pressão são conectados ao lado de baixa pressão de um sistema para detectar a pressão de sucção. Esses sensores detectam pressão negativa e acionam o interruptor.
Os pressostatos de baixa pressão são encontrados principalmente em sistemas HVAC (Aquecimento, Ventilação, Ar Condicionado) para detectar falhas. No caso em que o refrigerante em um sistema de ar condicionado escapa, ele cria uma baixa pressão dentro da tubulação. Isso pode ser detectado pelos sensores de baixa pressão para desligar efetivamente a embreagem do compressor para desengatá-la.
Esses sensores também são usados como controlador de operação em sistemas de refrigeração para regular a temperatura usando um ajuste de pressão correspondente. Os pressostatos de baixa pressão estão normalmente disponíveis em variantes eletromecânicas, embora os eletrônicos também possam ser programados para funcionar como detectores de baixa pressão.
Aplicações do interruptor de pressão
Os pressostatos encontram suas aplicações em ambientes automotivos, de fabricação e industriais. Eles são amplamente utilizados em sistemas HVAC para detectar falhas e regular a temperatura.
Em sistemas pneumáticos e hidráulicos, os pressostatos são usados para regular os níveis de pressão em uma faixa segura e ideal. Por exemplo, um compressor de ar possui um pressostato reajustável que garante que o compressor pare quando a pressão do ar atingir o valor definido.
Na indústria automotiva, os pressostatos hidráulicos são usados para detectar a pressão do óleo e acionar seguranças nos motores.
Em fornos industriais, os pressostatos são usados para ligar/desligar o forno com segurança, monitorando a pressão do ar no interior.
Os sistemas de gerenciamento de edifícios usam pressostatos e transdutores de pressão para garantir que o abastecimento de água tenha pressão suficiente. Para a regulação automática da pressão da água, os reguladores de pressão são usados em conjunto com bombas de água elétricas. Eles ativam a bomba após a detecção de queda na pressão da água devido ao uso intenso.
Vácuo (sensores de pressão negativa) são usados em caldeiras, compressores de ar e aquecedores elétricos para medir eventos de vácuo ou baixa pressão de ar nos sistemas mencionados.
Qual é a diferença entre pressostato e transmissor de pressão?
O termo 'interruptor de pressão' e 'transdutor de pressão/transmissor de pressão/sensor de pressão' são muitas vezes mal interpretados em sistemas de automação.
Um transdutor de pressão (também conhecido como transmissor de pressão ou um sensor de pressão) também é um dispositivo capaz de medir a pressão. No entanto, os transmissores de pressão não possuem um interruptor embutido para ativar quando um limite de pressão é atingido. Eles só podem converter a medição de pressão em sinais elétricos para representar o valor de pressão atual. Esta pode ser uma saída analógica de 4-20mA ou 0-10V, ou um fluxo de dados digital.
Os termos 'transdutor', 'transmissor' e 'sensor' são frequentemente usados de forma intercambiável na indústria. Alguns chamam a saída digital (onde a saída do sensor é um fluxo de dados) tipo 'transmissores de pressão' enquanto os analógicos são chamados de 'transdutores'.
Os pressostatos, principalmente os eletrônicos, possuem a mesma funcionalidade dos transdutores de pressão, mas com um recurso adicional de um interruptor/contato eletromecânico para controlar uma carga pelo próprio sensor.
Conclusão
Os pressostatos são frequentemente usados como interruptores liga/desliga para controlar elementos elétricos em um sistema, monitorando ativamente a pressão do fluido/ar em um sistema. Neste artigo, discutimos os pressostatos, seus princípios de operação, aplicações e a diferença entre os pressostatos e transmissores. Embora muitas vezes esquecidos, os pressostatos desempenham um papel importante na garantia da segurança operacional e na regulação do processo em algumas aplicações críticas.
