Os instrumentos de medição podem ser vistos como um conjunto de subsistemas, em que cada um deles exerce uma função específica. Entre os principais blocos funcionais temos: elemento primário (ou princípio de medição), condicionador, conversor, transmissor de dados e indicador. A descrição de um instrumento em termos dessas funções é chamada de descrição funcional. É importante ressaltar que não existe uma maneira-padrão de fazer a descrição funcional de um instrumento, o que significa que o o tipo, o número e a ordem dos blocos podem variar de caso para caso. Considerando isso, faça a descrição funcional dos seguintes instrumentos de medição:
(b) pressostato mecânico
(b) pressostato mecânico
Passo 1
O que o enunciado pede: fazer a descrição funcional (divisão em blocos funcionais) de um pressostato mecânico.
Informações relevantes que temos (implícitas no enunciado): o pressostato é um instrumento que detecta pressão e fecha/abre um contato elétrico quando a pressão atinge um valor de ajuste; é um pressostato mecânico (ou seja, sem conversor eletrônico ativo interno).
O objetivo aqui é mapear, passo a passo, quais blocos funcionais aparecem num pressostato mecânico típico e explicar o papel de cada um desses blocos.
Informações relevantes que temos (implícitas no enunciado): o pressostato é um instrumento que detecta pressão e fecha/abre um contato elétrico quando a pressão atinge um valor de ajuste; é um pressostato mecânico (ou seja, sem conversor eletrônico ativo interno).
O objetivo aqui é mapear, passo a passo, quais blocos funcionais aparecem num pressostato mecânico típico e explicar o papel de cada um desses blocos.
Passo 2
O que são, de maneira simples, os blocos funcionais (para termos um vocabulário comum antes de mapear ao pressostato):
- Elemento primário: a parte que “sente” a grandeza física (no nosso caso, a pressão). É o transdutor inicial que transforma pressão em deslocamento ou força mecânica.
- Condicionador: componentes que preparam o sinal do elemento primário (por exemplo, amplificam deslocamento, fazem acoplamento mecânico ou ajustam sensibilidade).
- Conversor: etapa que converte o efeito físico condicionado em um sinal útil (no pressostato mecânico, geralmente converte deslocamento mecânico em ato elétrico — fechamento/abertura de contato).
- Transmissor de dados: a parte que entrega o sinal ao usuário/sistema externo (pontos de conexão, contatos, bornes).
- Indicador: elemento que mostra estado ou valor ao operador (pode ser uma bandeira, LED, escala de ajuste, etc.).
Observação importante: num pressostato mecânico vários desses blocos são puramente mecânicos e muitas vezes combinados (por exemplo, o ajuste de setpoint é parte do condicionador).
Passo 3
Elemento primário do pressostato mecânico — opções e princípio físico:
- Componentes comuns: diafragma, sino/bellows, tubo de Bourdon ou pistão.
- Princípio físico básico: a pressão exerce uma força sobre uma área; essa força provoca deslocamento. Podemos escrever a relação básica:
onde
é a pressão,
é a área do elemento sensível e
é a força resultante.
- Explicação didática: quando a pressão sobe, o diafragma (ou Bourdon) se deforma; esse deslocamento é a “mensagem” inicial que o instrumento usa. Em pressostatos mecânicos normalmente escolhe-se diafragma quando se quer sensibilidade em baixas pressões e Bourdon/pistão para faixas maiores.
Passo 4
Condicionador no pressostato mecânico — o que faz e exemplos:
- Função: pegar o pequeno deslocamento do elemento primário e torná-lo apropriado para atuar a etapa seguinte. Em sistemas mecânicos isso é feito por alavancas, braços, engrenagens ou por uma mola calibrada.
- Componente típico: mola de ajuste (com rosca para ajustar compressão) e alavanca de transmissão. A mola define o setpoint: há equilíbrio quando a força da pressão iguala a força da mola. Formalizando:
onde
é a constante da mola e
é o deslocamento da mola/alavanca correspondente ao equilíbrio.
- Ensino prático: girando o parafuso da mola aumentamos ou diminuímos a pré-carga, alterando o valor de pressão em que o sistema sai do equilíbrio — ou seja, mudamos o setpoint do pressostato.
Passo 5
Conversor — como o deslocamento vira um sinal de saída:
- No pressostato mecânico o conversor é, normalmente, um interruptor elétrico do tipo snap-action (microinterruptor) ou contatos elétricos acionados por uma came/garra ligada à alavanca.
- Papel: transformar um pequeno deslocamento mecânico numa ação digitalizada: fechar ou abrir um circuito elétrico. Esse é o “salto” de domínio físico (mecânico → elétrico).
- Histerese / diferencial: o mecanismo de contato normalmente inclui um ajuste de diferencial (ou a própria geometria da alavanca dá histerese). Histerese evita oscilações (chattering) perto do setpoint; em termos práticos, se o setpoint for
bar e o diferencial bar, o contato fecha subindo em bar e só abre descendo em bar.
Passo 6
Transmissor de dados — entrega do sinal ao mundo exterior:
- O pressostato entrega o estado por meio de bornes elétricos que levam os contatos (normalmente contato seco, NA/ NF ou comutador SPDT).
- Significado prático: o transmissor é simples — fios/terminais que ligam o contato a uma lâmpada, a um relé, a um PLC ou a uma carga. Não há aqui conversão analógica de grandeza, é um sinal lógico (ligado/desligado).
Passo 7
Indicador — como o operador sabe o que está acontecendo:
- Alguns pressostatos têm um indicador visual do estado do contato (uma bandeirola, um pino que muda de cor, LED conectado ao contato) e/ou uma escala com ponteiro que mostra o setpoint ajustado.
- Observação didática: diferencie “indicador do estado” (mostra ligado/desligado) de “indicador de medida” (não existe, porque o pressostato não fornece um valor contínuo de pressão, só um evento de comutação).
Passo 8
Sequência de operação (passo a passo, para você reproduzir mentalmente na prova):
- A pressão aplica força sobre o elemento primário (diafragma/Bourdon).
- Esse elemento se desloca; o deslocamento é transferido por uma alavanca/engrenagem (condicionador) que também suporta uma mola de ajuste.
- Quando a força da pressão vence a pré-carga da mola (no setpoint ajustado), a alavanca aciona o microinterruptor (conversor) que muda o estado dos contatos elétricos.
- Os contatos entregam o sinal pelos bornes (transmissor de dados) para o sistema de controle ou carga.
- Se a pressão cair, o mecanismo volta, mas só reverte o estado dos contatos quando a pressão cair abaixo do setpoint menos o diferencial (histerese), evitando comutação rápida.
Exemplo numérico ilustrativo: setpointbar, diferencial bar → contato fecha subindo em bar e abre descendo em bar.
Passo 9
Mapa final, bloco a bloco, com os componentes físicos típicos (resumo prático que você pode escrever na prova):
- Elemento primário: diafragma / sineta (bellows) / tubo de Bourdon / pistão — converte pressão em deslocamento.
- Condicionador: alavanca, articulações e mola de ajuste (parafuso de ajuste do setpoint) — amplifica/transmite deslocamento e define o setpoint (equilíbrio mola × pressão).
- Conversor: microinterruptor (snap-action) ou mecanismo de contato mecânico — converte deslocamento mecânico em fechamento/abertura elétrica. Inclui o mecanismo de histerese/diferencial.
- Transmissor de dados: bornes/terminais elétricos que levam o sinal (contato seco NA/NF ou SPDT) ao circuito externo.
- Indicador: bandeirola/pino visual ou LED/escala de setpoint — mostra estado do contato e/ou posição do ajuste.
Passo 10
Observações finais úteis para a prova (resumido para fixar):
- Muitos blocos estão combinados: por exemplo, a mola de ajuste é parte do condicionador e do ajuste do conversor.
- Pressostato mecânico não fornece leitura contínua da pressão, só um evento de comutação.
- Histerese é importante — sempre cite e explique que evita oscilações.
- Se o enunciado pedir desenho funcional, desenhe um diafragma ligado a uma alavanca, mola de ajuste e microinterruptor — isso demonstra compreensão.
Força aí — esse é o roteiro completo para descrever 100% funcionalmente um pressostato mecânico; na prova, escreva o mapa bloco a bloco (como no passo 9) e explique a sequência de operação.
Resposta
Elemento primário: diafragma / sineta (bellows) / tubo de Bourdon / pistão (converte pressão em deslocamento).
Condicionador: alavanca e mola de ajuste (transmitem/amplificam deslocamento e definem o setpoint via pré-carga da mola).
Conversor: microinterruptor (snap‑action) acionado mecanicamente (converte deslocamento mecânico em mudança elétrica de contato) e inclui histerese/diferencial.
Transmissor de dados: bornes/terminais com contato seco (NA/NF ou SPDT) que levam o estado ao circuito externo.
Indicador: bandeirola/pino visual, LED ou escala de ajuste do setpoint (mostra estado do contato e/ou posição de ajuste).
Condicionador: alavanca e mola de ajuste (transmitem/amplificam deslocamento e definem o setpoint via pré-carga da mola).
Conversor: microinterruptor (snap‑action) acionado mecanicamente (converte deslocamento mecânico em mudança elétrica de contato) e inclui histerese/diferencial.
Transmissor de dados: bornes/terminais com contato seco (NA/NF ou SPDT) que levam o estado ao circuito externo.
Indicador: bandeirola/pino visual, LED ou escala de ajuste do setpoint (mostra estado do contato e/ou posição de ajuste).