instrumentação básica

ELETRICISTA INDUSTRIAL COM AUTOMAO

INSTRUMENTAO BSICA

INSTRUMENTAO BSICA

SISTEMA FIES

CONSELHO REGIONAL DE SERGIPE Eduardo Prado de Oliveira Presidente

SUPERINTENDENTE CORPORATIVO Paulo Srgio de Andrade Bergamini

SENAI DEPARTAMENTO REGIONAL Denise Almeida de Figueiredo Barreto

REPRESENTANTE DO MINISTRIO DO TRABALHO E DO EMPREGO Miriam Batista de Arago Santos

REPRESENTANTES DO MINISTRIO DA EDUCAO Joarez Vrubel

REPRESENTANTES DA INDSTRIA Ccero Gomes de Barros Antnio Carlos Francisco Arajo Carlos Alberto de Sales Herculano Jos Ablio Guimares Primo

SUPLENTES Emerson Carvalho Jose Carlos Dalles

REPRESENTANTE DOS TRABALHADORES DAS INDSTRIAS DO ESTADO DE SERGIPE Jos Marques dos Santos

FEDERAO DAS INDSTRIAS DO ESTADO DE SERGIPE SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO REGIONAL DE SERGIPE

INSTRUMENTAO BSICA

2008

2008.SENAI.DR.SE Qualquer parte desta obra pode ser reproduzida, desde que citada a fonte

SENAI.DR.SE Centro de Educao e Tecnologia Albano Franco - Aracaju

Este trabalho foi elaborado por uma equipe cujos nomes esto relacionados na folha de crdito

Ficha Catalogrfica

INSTRUMENTAO bsica. Aracaju: SENAI-SE, 2008. 97p.il.

1. INSTRUMENTAO BSICA. 2. AUTOMAO I. Ttulo.

CDU: 681.2

SENAI.DR.SE CETAF AJU - Centro de Educao e Tecnologia Albano Franco Aracaju Av. Tancredo Neves, 2001 Incio Barbosa 49.040-490 Aracaju SE Tel.: 79 3249-7450 Fax: 79 3249-7493 E-mail: [email protected]

SUMRIO

1 INSTRUMENTAO ...................................................................................................................................... 7 1.1 TEORIA DE CONTROLE ............................................................................................................................... 7 1.2 MALHA DE CONTROLE ................................................................................................................................ 8 2 TERMOS TCNICOS UTILIZADOS NA INSTRUMENTAO ...................................................................... 9 3 CLASSES DE INSTRUMENTOS POR FUNO ........................................................................................ 14 4 SIMBOLOGIA DA INSTRUMENTAO ...................................................................................................... 15 5 TAGNAME .................................................................................................................................................... 18 5.1 PROCEDIMENTOS PARA FORMAO DO CDIGO ALFA NUMRICO ................................................. 18 6 TELEMETRIA ............................................................................................................................................... 23 6.1 TRANSMISSORES ...................................................................................................................................... 23 6.2 TRANSMISSO PNEUMTICA ................................................................................................................... 23 6.3 TRANSMISSO ELTRICA ......................................................................................................................... 24 6.4 TRANSMISSO DIGITAL ............................................................................................................................ 24 6.5 HIDRULICO ............................................................................................................................................... 27 6.6 VIA RDIO ................................................................................................................................................... 27 6.7 VIA MODEM ................................................................................................................................................. 27 7 PRINCIPAIS SISTEMAS DE MEDIDAS ....................................................................................................... 28 7.1 QUANTO A NATUREZA .............................................................................................................................. 28 7.2 QUANTO AO VALOR ................................................................................................................................... 28 7.3 QUANTO AS RELAES ............................................................................................................................ 28 8 INTRODUO AO CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS ............................................................. 29 8.1 PROCESSOS ............................................................................................................................................... 29 9 ANLISE DE UMA MALHA DE CONTROLE ............................................................................................... 31 9.1 DISTRBIOS ............................................................................................................................................... 32 10 PRESSO .................................................................................................................................................... 35 10.1 TIPOS DE PRESSO .................................................................................................................................. 35 10.2 UNIDADES PRTICAS DE PRESSO ........................................................................................................ 37 10.3 TCNICAS DE MEDIO DE PRESSO ................................................................................................... 38 10.4 COMPOSIO DOS MEDIDORES DE PRESSO ..................................................................................... 38 10.5 ELEMENTOS MECNICOS PARA A MEDIO DE PRESSO ................................................................. 39 10.6 SENSORES ELTRICOS ............................................................................................................................ 45 11 NVEL ........................................................................................................................................................... 49 11.1 MTODOS DE MEDIO DE NVEL LQUIDO ........................................................................................... 49 11.2 MTODOS DE MEDIO DE NVEL DE SLIDOS ................................................................................... 56 12 VAZO ......................................................................................................................................................... 58 12.1 CONCEITOS BSICOS ............................................................................................................................... 58 12.2 MEDIO DE VAZO.................................................................................................................................. 60 12.3 MEDIO DE VAZO POR PRESSO DIFERENCIAL VARIVEL ........................................................... 60 12.4 MEDIDORES DE REA VARIVEL ............................................................................................................ 64 12.5 MEDIDORES ATRAVS DA VELOCIDADE ................................................................................................ 65 12.6 MEDIO ATRAVS DE FORA ............................................................................................................... 66 12.7 MEDIDORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO ......................................................................................... 66 12.8 MEDIDOR DE VAZO MSSICA (POR EFEITO CORIOLIS) ..................................................................... 67 12.9 MEDIDORES MAGNTICOS ....................................................................................................................... 67 12.10 MEDIDORES POR ULTRA-SOM ................................................................................................................. 69 13 TEMPERATURA .......................................................................................................................................... 71 13.1 CONCEITO DE TEMPERATURA ................................................................................................................ 71 13.2 ESCALAS DE TEMPERATURA ................................................................................................................... 72 13.3 MEDIDORES DE TEMPERATURA .............................................................................................................. 74 13.4 TIPOS DE SENSORES MECNICOS DE TEMPERATURA ....................................................................... 74 13.5 SENSORES ELTRICOS DE TEMPERATURA .......................................................................................... 82 13.6 CONSTRUO FSICA DO SENSOR ......................................................................................................... 83 13.7 BULBO DE RESISTNCIA TIPO PT-100 .................................................................................................... 84 13.8 SENSORES DE TEMPERATURA TIPO TERMOPAR ................................................................................. 85 13.9 CONSTRUO DE TERMOPARES ............................................................................................................ 86 13.10 TIPOS E CARACTERSTICAS DOS TERMOPARES COMERCIAIS .......................................................... 89 13.11 TERMISTORES ........................................................................................................................................... 94 13.12 PIRMETRO TICO ................................................................................................................................... 94 13.13 PIRMETRO RADIAMTICO (INFRA VERMELHOS) ................................................................................ 94 REFERNCIAS ..................................................................................................................................................... 96 FOLHA DE CRDITOS ......................................................................................................................................... 97

Eletricista Industrial com Automao - Instrumentao Bsica

SENAI Departamento Regional de Sergipe 7

1 INSTRUMENTAO

Instrumentao a cincia que aplica e desenvolve tcnicas para adequao de instrumentos de medio, transmisso, indicao, registro e controle de variveis fsicas e qumicas em equipamentos nos processos industriais.

Nas indstrias de processos tais como siderrgica, petroqumica, alimentcia, papel, etc.; a instrumentao responsvel pelo rendimento mximo de um processo, fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaborao do produto desejado.

As principais grandezas que traduzem transferncias de energia no processo so: Presso, Nvel, Vazo e Temperatura, as quais denominam de variveis do processo.

1.1 TEORIA DE CONTROLE

Os processos industriais exigem controle na fabricao de seus produtos. Os processos so muitos variados e abrangem muitos tipos de produtos como, por exemplo: a fabricao dos derivados de petrleo, produtos alimentcios, indstria de papel e celulose, etc.

Em todos estes processos absolutamente necessrio controlar e manter constantes algumas variveis, tais como presso, vazo, temperatura, nvel, pH, condutividade, velocidade, umidade, etc.

Os instrumentos de medio e controle permitem manter constantes as variveis do processo com os seguintes objetivos: melhoria na qualidade do produto, aumento da produtividade e segurana.

No princpio da era industrial, o operador atingia os objetivos citados atravs do controle manual destas variveis utilizando somente instrumentos simples, como: manmetro, termmetro, vlvulas manuais, etc; e isto era suficiente porque os processos eram simples. Com o passar do tempo os processos industriais foram se complicando exigindo um aumento da automao nos processos industriais, atravs dos instrumentos de medio e controle. Enquanto isto os operadores iam se liberando de sua atuao fsica direta no processo e ao mesmo tempo ia permitindo a centralizao das variveis em uma nica sala (supervisrio). Devido centralizao das variveis do processo podemos fabricar produtos que seriam impossveis atravs do controle manual. Mas para atingir o nvel que estamos hoje, os sistemas de controle sofreram grandes transformaes tecnolgicas, como veremos a seguir: controle manual, mecnico, hidrulico, pneumtico, eltrico, eletrnico e atualmente controle digital.

Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos: processos contnuos e processos descontnuos. Em ambos os tipos devem manter-se as variveis prximo aos valores desejados.

O sistema de controle que permite fazer isto se define como aquele que compara o valor da varivel do processo com o valor desejado e toma uma atitude de acordo com o desvio existente sem que a operao intervenha.

Para que se possa fazer esta comparao e consequentemente a correo, necessrio que se tenha uma unidade de medida, uma unidade de controle e um elemento final de controle.

Este conjunto de unidades forma uma malha de controle.



1.2 MALHA DE CONTROLE

A malha de controle pode ser aberta ou fechada. Chama-se de malha aberta, basicamente, um conjunto de unidades onde aps o processo a varivel vai ser indicada sem nenhum tipo de interveno depois. E malha fechada, basicamente chamamos um conjunto de instrumentos com uma unidade de medio que aps todos o processo vai informar para a unidade de controle se a varivel do processo vai precisar de alguma interveno ou no; ou seja, numa malha fechada existir um sinal de feddback para a unidade de controle.

Malha Aberta

Malha Fechada

Controle Manual

Elemento Final de Controle

Processo

Unidade de Indicao da

Varivel

Unidade de

Controle

Elemento Final de

Controle

Processo

Unidade de

Medio



2 TERMOS TCNICOS UTILIZADOS NA INSTRUMENTAO

AO DIRETA Ao de um dispositivo cuja resposta varia em proporo direta com o sinal de entrada (o sinal de sada cresce com o sinal de entrada crescente). Nas vlvulas de controle, a ao direta corresponde construo fecha para baixo; o movimento descendente da haste move o obturador da posio aberta para a posio fechada.

AO REVERSA Ao de um dispositivo qualquer cuja resposta varia em proporo inversa ao sinal de entrada (o sinal de sada decresce com o sinal de entrada crescente). Nas vlvulas de controle, a ao reversa corresponde construo abre para baixo; o movimento descendente da haste move o obturador da posio fechada para a posio aberta.

AO REVERSVEL Construo tpica que permite a um dispositivo qualquer operar com ao direta ou reversa, conforme a aplicao particular desejada. Nas vlvulas de controle, a ao reversvel obtida invertendo a posio do corpo, no caso das vlvulas globo; as vlvulas do tipo rotativo so essencialmente reversveis, bastando inverter a posio da articulao do atuador. No caso dos atuadores, a construo reversvel obtida alterando a aplicao da presso de atuao, da tampa superior para a tapa inferior do diafragma.

ALCANCE DE FAIXA (Rangeability) Relao entre os valores mximo e mnimo em que a resposta de um dispositivo qualquer acompanha a sua curva ideal, obedecendo a um desvio mximo pr-definido. Nas vlvulas de controle, a relao entre os valores mximo e mnimo em que a vazo real da vlvula acompanha a caracterstica da vazo inerente, dentro do desvio mximo tolervel (alcance de faixa inerente). Uma vlvula que capaz de manter controle satisfatrio quando a vazo aumenta cem (100) vezes em relao ao valor da vazo controlvel mnima, tem uma alcance de faixa inerente de 100:1. O alcance de faixa pode tambm ser definido como relao entre os coeficientes mximos e mnimos de vazo controlvel.

AMPLITUDE DE FAIXA (SPAN) diferena algbrica entre os valores superior e inferior da faixa de operao de um dispositivo qualquer (por exemplo: a faixa de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 tem amplitude de 0,8 kgf/cm2, a faixa de 3 a 15 PSI tem amplitude de 12 PSI; a faixa de -50 a +100oC tem amplitude de 150oC).

ATRASO DE RESPOSRA (LAG) Retardo entre a ocorrncia de uma mudana do sinal de entrada e a variao correspondente do sinal de sada, para um dispositivo qualquer.

ATUADOR DIRETO Atuador de ao direta: a presso de atuao move a haste para baixo com o sinal crescente.

ATUADOR REVERSO - Atuador de ao reversa: a presso de atuao move a haste para cima com o sinal crescente.



ATUADOR REVERSVEL Atuador capaz de operar com ao direta ou reversa, conforme a aplicao particular desejada, alterando apenas o ponto de aplicao da presso de atuao.

CONTROLE AUTOMTICO Sistema de controle que opera sem interveno humana.

CONTROLE DE PROCESSO Operao que permite manter dentro dos valores desejados as condies e as variveis de processo.

CONTROLE BIESTVEL (Controle ON-OFF) Sistema de controle automtico que opera entre as duas condies de equilbrio estvel (o elemento de controle assume duas posies apenas: ligado ou desligado, aberto ou fechado).

DERIVAO (Bypass, Desvio) Ligao paralela que permite uma passagem do fluxo ou do sinal considerado (contorno da vlvula a ligao paralela que permite desviar o fluxo, isolando a vlvula de controle. Contorno do posicionador a ligao paralela que permite aplicar o sinal de controle diretamente ao atuador da vlvula, isolando o posicionador). Tambm chamado de desvio ou derivao.

DISTRBIO Variaes que provocam desequilbrio (SP=PV) no processo.

DIAGRAMA DE BLOCOS Esquema representativo das funes de transferncia de um sistema.

ERRO DE CONTROLE (Off-set) Afastamento entre o valor real e o valor desejado da varivel controlada, na condio de estado de equilbrio.

EXATIDO Grau de conformidade entre o valor numrico atribudo a uma grandeza qualquer e o valor real dessa mesma grandeza, expressa em termos do limite de erro permissvel.

FAIXA DE MEDIO (Range) Conjunto de valores da varivel medida que esto compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmisso do instrumento. Normalmente se expressa determinando os valores extremos.

Exemplo: 100 500oC / 0 20 PSI.

GANHO Relao numrica entre o incremento do sinal de um dispositivo qualquer e a variao correspondente do sinal de entrada (fornece a medida da sensibilidade do dispositivo em relao ao sinal de entrada considerado).

GANHO EM MALHA ABERTA Ganho de um sistema de controle em malha aberta, expresso pelo ganho conjugado de todos os elementos do sistema ( o ganho de malha aberta determinado pelo produto dos ganhos individuais de cada elemento que compem a malha de controle).



GANHO EM MALHA FECHADA Ganho de um sistema de controle em malha fechada, expresso como a relao entre a variao do sinal de sada e a variao correspondente do sinal de entrada, em uma freqncia determinada.

NORMALMENTE ABERTA (NA) Construo na qual a vlvula abre quando a presso de atuao reduzida presso atmosfrica.

NORMALMENTE FECHADA (NF) Construo na qual a vlvula fecha quando a presso de atuao reduzida presso atmosfrica.

POSICIONADOR Acessrio das vlvulas de controle que transmite a presso de carga ao atuador, permitindo posicionar a haste da vlvula no valor exato determinado pelo sinal de controle.

PRESSO DE CARGA Presso empregada para posicionar um atuador automtico ( a presso que efetivamente trabalha no diafragma ou pisto do atuador), podendo ser igual presso do instrumento, no caso em que o posicionador no utilizado.

PRESSO DO INSTRUMENTO Presso de sada do instrumento controlador, que utilizada para comandar uma vlvula de controle.

PRESSO DE SUPRIMENTO Valor de presso disponvel para alimentao de um dispositivo qualquer. Para as vlvulas de controle, os valores normais requeridos para a presso de suprimento do posicionador so: 1,3 kgf/cm2 para a faixa de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 e 2,3 kgf/cm2 para a faixa de 0,4 a 2,0 kgf/cm2 (20 PSI para a faixa de 3 a 15 PSI e 35 PSI para a faixa de 6 a 30 PSI).

PROCESSO uma operao onde varia pelo menos uma caracterstica fsica ou qumica de determinado material.

REALIMENTAO (Feedback) Ramo relativo de uma malha fechada de controle que fornece ao controlador a informao necessria para gerar a ao corretiva desejada.

SINAL (Signal) Varivel fsica cujos parmetros fornecem informaes a respeito de uma segunda varivel (o sinal fornece a representao quantitativa da segunda varivel).

SINAL DE CONTROLE Sinal fornecido pelo controlador que age sobre a varivel manipulada de um sistema de controle, diretamente ou atravs de dispositivos ou auxiliares de controle.

SINAL DE ENTRADA Sinal aplicado a um dispositivo ou sistema qualquer, capaz de fazer variar o seu estado de equilbrio.



SINAL DE ERRO a diferena entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relao ao valor real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime permanente chamaremos de erro esttico que poder ser positivo ou negativo dependente da indicao do instrumento o qual poder estar indicando a mais ou menos. Quando tivermos a varivel teremos um atraso na transferncia de energia do meio para o medidor. O valor medido estar geralmente atrasado em relao ao valor real da varivel. Esta diferena entre o valor real e o valor medido chamado de erro dinmico.

SINAL DE MEDIDA Sinal fornecido pelo elemento sensor, diretamente ou atravs de transdutor ou transmissor apropriado, que mede o valor de uma varivel de processo.

SINAL DE REALIMENTAO (Feedback Signal) Sinal de retorno que compe o ramo reativo de um sistema de controle em malha fechada, fornecido pela medio da varivel controlada aplicada na entrada do sistema.

SINAL DE SADA Sinal fornecido por um dispositivo ou sistema qualquer, em resposta a um determinado sinal de entrada.

SISTEMA DE CONTROLE AUTOMTICO Conjunto de dispositivos que compem um sistema de controle capaz de operar sem a interveno do homem.

VALOR DESEJADO (Set Point) Varivel de entrada no controlador que estabelece o valor desejado da varivel controlada (o valor desejado e a varivel devem ser expressos nas mesmas unidades).

VLVULA DE AO DIRETA Construo tpica das vlvulas globo, na qual o anel da sede fica situado entre o atuador e o obturador. O movimento descendente da haste afasta o obturador da sede, abrindo a vlvula (vlvulas deste tipo so tambm chamadas de ao reversa). O termo pode tambm ser aplicado s vlvulas de tipo rotativo, quando do movimento descendente do atuador move a esfera ou o disco no sentido da posio aberta.

VLVULA DE CONTROLE Elemento final de controle destinado a regular a vazo do fludo que a percorre, modificando a rea de passagem interna em correspondncia ao valor do sinal de comando recebido de um controlador.

VARIVEL CONTROLADA (PV) Qualquer varivel de processo cujo valor se deseja manter regulado numa forma ou manter em determinado valor.

VARIVEL MANIPULADA (MV) Varivel sobre a qual se age, em um sistema de controle, para corrigir as variaes da varivel controlada.

VARIVEL DE PROCESSO Qualquer grandeza fsica (vazo, temperatura, etc) ou condio de um processo que passvel de variao.



VELOCIDADE DE RESPOSTA Velocidade com que um sinal de sada de um dispositivo qualquer varia em resposta variao de um sinal de entrada correspondente (para as vlvulas de controle a velocidade de resposta tambm chamada de velocidade de curso designando a velocidade com que o atuador executa seu curso total).

VENA CONTRACTA (Veia Contrada) Posio onde a rea de seo reta do veio escoante tem valor mnimo (contrao mxima), correspondendo ao valor mximo de velocidade de escoamento e ao valor mnimo da presso esttica do fludo (para as vlvulas de controle, a seo de vena contracta ocorre imediatamente a jusante da restrio de passagem).



3 CLASSES DE INSTRUMENTOS POR FUNO

INDICADOR Instrumento indica o valor da quantidade medida enviada pelo sensor, transmissor, etc.

INSTRUMENTO CEGO Instrumento que no possui indicao da varivel medida, como por exemplo, instrumentos de intertravamento (pressostato, termostato) e transmissores cegos.

ELEMENTO PRIMRIO DE CONTROLE (Sensor de Medio) Parte do sistema de medio, que utiliza a energia do meio controlado (processo), produzindo uma condio que representa o valor da varivel controlada (geralmente presso, fora ou movimento, resistncia, tenso, etc).

TRANSMISSOR Instrumento que transmite o valor de uma varivel do processo a certa distncia, medida por um elemento primrio, tendo o mesmo um sinal de sada cujo valor varia em funo da varivel do processo.

REGISTRADOR - Instrumento que registra graficamente valores instantneos medidos ao longo do tempo, recebendo este sinal do sensor, transmissor, controlador, etc.

REL DE COMPUTAO - Instrumento que recebe um ou mais sinais de outro instrumento, realiza operaes matemticas, lgica etc. e envia um sinal de sada.

CONTROLADOR Dispositivo que opera de um modo automtico, executando uma ao de comando, de forma a regular uma varivel controlada.

CONVERSOR - Instrumento cuja funo a de receber uma informao na forma de um sinal, alterar a forma de sinal e a emitir na sada um sinal proporcional entrada.

ELEMENTO FINAL DE CONTROLE Dispositivo que recebe o sinal final de controle e age proporcionalmente sobre a varivel manipulada.



4 SIMBOLOGIA DA INSTRUMENTAO

Com objetivo de simplificar e globalizar o entendimento dos documentos utilizados para representar as configuraes utilizadas para representar as configuraes das malhas de instrumentao, normas foram criadas em diversos pases.

No Brasil Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) atravs de sua norma NBR 8190 apresenta e sugere o uso de smbolos grficos para representao dos diversos instrumentos e suas funes ocupadas nas malhas de instrumentao. No entanto, como dada a liberdade para cada empresa estabelecer/escolher a norma a ser seguida na elaborao dos seus diversos documentos de projeto de instrumentao outras so utilizadas. Assim, devido a sua maior abrangncia e atualizao, uma das normas mais utilizadas em projetos industriais no Brasil a estabelecida pela ISA (Instrument Society of America).

A seguir veremos exemplos de smbolos usados na instrumentao pela norma ISA 5.1:

Simbologia Geral de Identificao e Localizao de Instrumentos ou Funo Programada

Localizao

Tipo

Localizao Principal

Normalmente Acessvel ao

Operador

Montado no

Campo

Localizao Auxiliar

Normalmente Acessvel ao

Operador

Localizao Auxiliar

Normalmente no Acessvel ao

Operador Instrumentos

Discretos

Instrumentos Compartilhados

Computador de Processo

Controlador Programvel

Simbologia de Smbolos e Funes de Processamento de Sinais Padronizados

Smbolo Funo Smbolo Funo ou + Soma x Multiplicao /N Mdia Diviso ou - Subtrao Extrao de Raiz Quadrada K ou P Proporcional n Extrao de Raiz ou I Integral xn Exponenciao

d/dt ou D Derivativo f(x)z Funo no-linear > Seletor de Sinal Alto > Limite Superior < Seletor de Sinal Baixo < Limite Inferior Polarizao >< Limitador de Sinal

f(t) Funo Tempo */* Converso de Sinal



Simbologia de Linhas ou Instrumentos ou Funo Programada

Suprimento ou

impulso

Sinal no

definido

Sinal Pneumtico

Sinal Eltrico

Sinal Hidrulico

Tubo Capilar

Sinal Eletromagntico ou Snico

(transmisso guiada)

Sinal Eletromagntico ou Snico (transmisso

no guiada)

Ligao Configurada Internamente ao Sistema (Ligao por Software)

Ligao Mecnica

Sinal Binrio

Pneumtico

Sinal Binrio Eltrico

Simbologia de Corpos de Vlvulas de controle e Atuadores

Smbolo Geral

Angular

Borboleta

Rotativa

3 vias 4 vias

Globo

Abafador ou Damper

Com ou sem posicionador ou outro piloto

Preferida para diafragma montado com piloto. Nota: O conjunto acionado por uma entrada (mostrada tipicamente como eltrica).

S

Solenide Diafragma, retorno por mola ou atuador no especificado.

Retorno por mola, simples ao.

Dupla ao

M

Motor rotativo (mostrado de forma tpica com sinal eltrico. Pode ser hidrulico ou pneumtico).

Cilindro sem Posicionador ou outro piloto



Simbologia de Elementos Primrios de Vazo

FE1410

Smbolo Geral para os Elementos primrios de vazo. As palavras laminar, turbulento,

e etc., podem ser utilizadas.

FE1415

FIT1415

Placa de orifcio com tomada no flange ou canto, conectadas a um transmissor indicador de

presso diferencial.

FE1419

Tubo Venturi

FE2716

Elemento Primrio de Vazo tipo Turbina.

FI2717

Indicador de Vazo de rea varivel, tipo rotmetro.

2718FQI

Indicador totalizador de Vazo, tipo deslocamento positivo.

Elemento Primrio de Vazo com Transmissor Incorporado

(vazo mssica, etc.)

Medidor de Vazo tipo Bocal.

Exemplo de Simbologia ISA 5.1 para um Diagrama Detalhado

DO FY - 2901 A

XF(t)

RETORNO DE LEO QUENTE

LEO QUENTE

AAH

LAHL

FAHL

TDT2910

AT2911

AE2911

LT29802902

FT

2920LIC

2911AIC

2902FIC

2901 CFY

2902 BFY

2902 AFY

2901 BFY



5 TAGNAME

As normas de instrumentao estabelecem smbolos, grficos e codificao para identificao alfanumrica de instrumentos ou funes programadas que devero ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentao.

De acordo com normas pr-estabelecidas, cada instrumento ou funo programada ser identificado por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que indica a malha qual o instrumento ou funo programada pertence: O TAGNAME.

O tagname para instrumentao deve apresentar a mesma filosofia que o tagname para equipamentos, ou seja, identificar a sua funo e a localizao do instrumento numa malha de controle e/ou medio.

O tagname formado por um cdigo alfanumrico, onde cada instrumento identificado primeiramente por um prefixo de letras, que identifica e classifica intencionalmente o instrumento. Os dgitos subseqentes localizam o instrumento. Esta localizao dever ser sempre coerente com a sistemtica adotada para o tagname dos instrumentos, de forma que tanto equipamentos, elementos ou instrumentos da mesma rea recebam igualmente os mesmos dgitos de identificao de rea, setor e grupo.

5.1 PROCEDIMENTOS PARA FORMAO DO CDIGO ALFA NUMRICO

Prefixo do Tagname dos Instrumentos

De acordo com a Instruemty Society of Amrica norma ISA S 5.1 e a ABNT norma NBR-8190, sugerido o seguinte formato:

A identificao funcional formada por um conjunto de letras cujo significado dado na tabela 1.

A primeira letra identifica qual a varivel medida, indicada ou iniciadora. Assim um controle de temperatura inicia coma a letra T, de presso com P, de nvel com L, etc. Outras letras identificadoras so mostradas na primeira coluna da tabela 1 e seu significado na segunda coluna Varivel Medida.

X XX - X X X XX - X Sufixo (opcional) Nmero do Instrumento Grupo

Setor rea Letras Subsequentes Identificao Funcional



As letras subseqentes indicam a funo do instrumento na malha de controle, podendo apresentar funo ativa, que intervm no processo como um controlador, ou funo passiva como indicao, sinalizao e etc. Por exemplo, um instrumento identificado como TE, significa que ele um elemento primrio de temperatura, pois a primeira letra T identifica a varivel temperatura; e a segunda letra E, chamada de subseqente, informa a funo do sensor ou elemento primrio de medio de temperatura, no importando o princpio de medio. Outro exemplo um instrumento FI = indicador de vazo, onde a primeira letra indica a varivel medida (F = vazo) e a segunda letra a funo do instrumento: indicador. Ao acrescentarmos a letra Q como modificadora, esta altera o nome original do FI para FQI, pois acrescenta ao instrumento a atribuio de totalizao

A identificao funcional estabelecida de acordo com a funo do instrumento e no de acordo com a sua construo. Assim, quando um registrador de presso diferencial usado para registrar a vazo o mesmo identificado como FR e no como PR. Se forem conectados um indicador de presso e um pressostato num tanque onde deseja-se indicar nvel, e um alarme de nvel por chave, estes sero identificados com LI e SL, respectivamente.

A primeira letra da identificao funcional selecionada de acordo com a varivel medida e no a varivel manipulada. A varivel manipulada a varivel controlada em funo da varivel medida. Logo, uma vlvula de controle que varia a vazo para controlar um nvel, comandada por um controlador de nvel, indicada como LV e no FV.

As letras subseqentes identificam as funes do instrumento, podendo ser: Funes passivas: elemento primrio, orifcio de restrio, poo; Funes de informao: indicador, registrador, visor; Funes ativas ou de sada: controlador, transmissor, chave e outros; Funes modificadoras: alarmes ou indicao de instrumento multifuno. As letras subsequentes usadas como modificadoras podem atuar ou

complementar o significado da letra precedente. Como no caso de um LILL, onde se deseja explicar que o instrumento est indicando um nvel muito baixo, utiliza-se uma quarta letra, um L de low (baixo). Se o sistema indicasse apenas um alarme de nvel baixo, teramos: LIL.

O caso acima mostra que possvel incluir uma quarta letra na identificao intencional do instrumento, sendo que esta opo deve ser apenas utilizada em casos de extrema necessidade. Todas as letras de identificao funcional devem ser maisculas. Eventualmente, para completar a identificao, poder ser acrescido um sufixo (opcional).

Vejamos um exemplo de um instrumento identificado de acordo com a norma:

Identificao do instrumento P RC 001 002 A

Varivel Funo rea da Atividade N Seqencial da Malha Sufixo Identificao Funcional Identificao da Malha

Onde:

P Varivel Medida (Presso); R Funo Passiva ou de Informao (Registrador); C Funo ativa ou de sada (controlador); 001 rea de atividade, onde o instrumento atua; 002 Nmero sequencial da malha; A - Sufixo



TABELA 1 Traduo da Norma ISA-S 5.1 Notas Referentes aos Campos Enumerados da Tabela 1

1 Letra Letras Sucessivas

Varivel Medida

Letra de Modificao

Funo de Leitura Passiva

Funo ativa ou de Sada

Letra de Modificao

A Analisador (4) Alarme

B Chama

C Condutividade eltrica Controlador

D

Densidade

Diferencial(3)

E Tenso Sensor (Elemento Primrio) F Vazo Razo G Medida Dimensional Visor (7) H Comando Manual Alto (5,11,12) I Corrente Eltrica Indicador

J Potncia Varredura ou

Seleo manual

K Tempo ou Temporizao Taxa variao com o tempo Estao de Controle

L Nvel Lmpada Piloto Baixo (5,11,12)

M Umidade Instantneo Mdio ou

Intermedirio (5,11,12)

O No Classificada Orifcio de restrio P Presso Tomada de Impulso

Q Quantidade Integrao ou Totalizao (3) R Radioatividade Registrador

Chave

S Velocidade ou Freqncia Segurana

T Temperatura Transmissor U Multivariveis Multifuno

V Vibrao ou Anlise mecnica Vlvula

W Peso ou Fora Poo X (2) Eixo dos X No Classificada No Classificada No Classificada

Y Estado , Presena ou

Seqncia de Eventos

Eixo dos Y Rel ou rel de

Computao (9,10), Conversor e Solenode

Z

Posio ou Dimenso Eixo dos Z

Acionador, Atuador para Elemento Final

de controle no classificado



1 - O uso da letra U para variveis ou instrumentos que executam multifuno, em lugar de uma combinao de letras, opcional.

2 - A letra no classificada X prpria para indicar variveis que sero usadas somente uma vez. Se usada como primeira letra, poder ter qualquer significado, e qualquer significado como letra subseqente. Por exemplo: um XR pode ser um registrador de amplitude, ou um TX pode ser um conversor de P/I ou um I/P, montado no corpo de uma vlvula de controle de temperatura, ou pode estar montado no campo. Outro exemplo, um XR pode ser um registrador de tenso mecnica, e etc.

3 - Qualquer primeira letra se usada em combinao com as letras modificadoras D (diferencial), F (vazo) ou Q (totalizao ou integrao), ou qualquer combinao delas, representar uma nova varivel medida e a combinao ser tratada como primeira letra.

4 - A primeira letra A, para anlise, cobre todas as anlises no listadas na Tabela 1. Cada tipo de anlise dever ser definido fora do seu crculo de identificao no fluxograma. Smbolos tradicionalmente conhecidos como pH, O2 e CO, tm sido usados opcionalmente em lugar da letra A.

5 - O uso dos termos modificadores alto, baixo, mdio ou intermedirio e varredura so preferidos, porm opcional. Muito utilizado para explicar se uma varivel apresenta uma determinada condio de alarme, como por exemplo, um TAL, um instrumento que indica um alarme baixo de temperatura. Note que a letra A funciona como letra de funo passiva, pois na realidade o instrumento pode ser um simples indicador de temperatura, onde no importante dizer que este tambm indica, caso contrrio sua representao seria TIAL = indicador de temperatura com alarme de temperatura baixa.

6 - O termo segurana se aplicar somente para elementos primrios de proteo de emergncia. Ento, uma vlvula auto-operada que previne a operao de um sistema acima da presso desejada, aliviando a presso do sistema, ser uma PCV, mesmo que a vlvula no opere continuamente, ou seja, uma vlvula proporcional. Entretanto, esta vlvula receber a representao de PSV se for usada para proteger o sistema de condies de emergncia, isto , condies que colocam em risco o pessoal e o equipamento, ou ambos, e que no so esperados acontecer normalmente. A designao PSV se aplica para todas as condies de emergncia em termos de presso ou temperatura TSV, no importando a construo e o modo de operao da vlvula de alvio ou vlvula de segurana. Obs.: comum encontrarmos a designao PV ou TV ou LV e etc., para vlvulas proporcionais ou outro tipo e que esto efetuando controle de varivel manipulada. No caso mencionado acima, indicamos PCV ou TCV ou LCV e etc, quando as vlvulas so auto-operadas, auto-controladas, auto-pilotadas, etc.

7 - A funo passiva visor, aplica-se a instrumentos que indicam diretamente o processo e normalmente no possuem escala. Por exemplo, os visores de vidro acoplados a tanques para indicar a existncia de fludo interno ou tubos de vidro, plsticos, ou outros materiais, conectamos um tanque para indicar o nvel.

8 - A letra O usada precedida da letra F, significando orifcio de restrio, independente da finalidade a que se destina, isto , reduzir presso ou limitar vazo. O orifcio de restrio no usado para medio.

9 - Dependendo da aplicao, um dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos pode ser: uma chave, um rel, um controlador de duas posies, etc.

10 - As funes associadas com o uso da letra subseqente Y, devem ser definidos fora do circuito de identificao. Este procedimento no necessrio



quando a funo for evidente, tal como uma vlvula solenide em uma linha de sinal. A letra Y descrita na tabela, coluna letras subseqentes funo final, refere-se rels ou funes de computao, ou seja, funes lgicas E, OU, funes diversas tais como: multiplicao, diviso, soma, subtrao, extrao de raiz quadrada e etc, ou ainda funes matemticas especiais. importante notar que estas funes devem ser representadas fora do circuito de identificao do instrumento.

11 - O uso dos termos modificadores alto, baixo, e mdio, corresponde a valores das variveis medidas e no dos sinais. Como abordado anteriormente, so muito freqentes para indicar o parmetro de alarmes de uma varivel. Por exemplo, um alarme de nvel alto atuado pelo sinal de um transmissor de nvel ser um LAH.

12 - Os termos alto e baixo, quando aplicados a posies de vlvulas, so definidos como:

Alto: denota que a vlvula est, ou aproxima-se da posio totalmente aberta; Baixo: denota que a vlvula est, ou aproxima-se da posio totalmente

fechada.

Esta notao no comumente utilizada para vlvulas de controle proporcionais, porm no caso de vlvulas On/Off que possuam sensores de proximidade e deseja-se indicar que esta atingir a posio aberta ou fechada, pode ser possvel.

Exemplos de formao da identificao funcional de instrumentos

PI Indicador de Presso TI Indicador de Temperatura FI Indicador de Fluxo LI Indicador de Nvel SI Indicador de Velocidade RI Indicador de Radiatividade MI Indicador de Umidade AI Indicador de pH, O2 e etc VI Indicador de Vibrao

PIC Indicador de Controlador de Presso TIC Indicador de Controlador de Temperatura LIC Indicador de Controlador de Nvel FIC Indicador de Controlador de Vazo SIC Indicador de Controlador de Velocidade BIC Indicador de Controlador de Queima ou Chama LAH Alarme de Nvel Alto TAH Alarme de Temperatura Alta SAL Alarme de Velocidade Baixa WAL Alarme de Peso Baixo HV Vlvula de Controle Manual LCV Vlvula de Controle de Nvel Alto - Operada

Observao: A primeira letra sempre indica a varivel medida e no a varivel manipulada.



6 TELEMETRIA

Chamamos de Telemetria a tcnica de transportar medies obtidas no processo distncia, em funo de um instrumento transmissor.

A transmisso distncia dos valores medidos est to intimamente relacionada com os processos contnuos, que a necessidade e as vantagens da aplicao da telemetria e do processamento contnuo se entrelaam.

Um dos fatores que se destacam na utilizao da telemetria a possibilidade de centralizar instrumentos e controles de um determinado processo em painis de controle ou sala de controle.

Teremos, a partir daqui, inmeras vantagens, as quais no so difceis de imaginar:

Os instrumentos agrupados podem ser consultados mais facilmente e rapidamente, possibilitando operao uma viso conjunta do desempenho da unidade;

Podemos reduzir o nmero de operadores com simultneo aumento da eficincia do trabalho;

Cresce consideravelmente a utilidade e a eficincia dos instrumentos face s possibilidades de pronta consulta, manuteno e inspeo, em situao mais acessvel, mais protegida e mais confortvel.

6.1 TRANSMISSORES

Os transmissores so instrumentos que recebem a informao de uma varivel do processo e a transmitem, distncia, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou a uma combinao destas.

Existem vrios tipos de sinais de transmisso, os Principais so: pneumticos, eltricos, e digitais.

6.2 TRANSMISSO PNEUMTICA

Em geral, os transmissores pneumticos geram um sinal pneumtico varivel, linear, de 3 a 15 PSI (librasfora pr polegada ao quadrado) para uma faixa de medidas de 0 a 100 % da varivel. Esta faixa de transmisso foi adotada pela SAMA (Scientific Apparatur Makers Association), Associao de Fabricantes de Instrumentos adotada pela maioria dos fabricantes de transmissores e controladores dos Estados Unidos. Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais de transmisso. Por exemplo: de 20 a 100 kPa.

Nos pases que utilizam o sistema mtrico decimal, utilizam-se as faixas de 0,2 1 kgf/cm2 que equivalem aproximadamente de 3 15 PSI.

O alcance do sinal no sistema mtrico aproximadamente 5% menor que o sinal de 3 a 15 PSI, sendo este um dos motivos pelos quais adotamos que devemos calibrar os instrumentos de uma malha (transmissor, controlador, elemento final de controle, etc.), todos utilizando uma mesma norma.

Note tambm que o valor mnimo do sinal pneumtico tambm no zero, e sim, 3 PSI ou 0,2 Kgf/cm2, deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento, comprovando sua correta calibrao e detectando vazamentos de ar nas linhas de transmisso.



Tambm podemos ver que se tivssemos um transmissor pneumtico de temperatura de range de 0 200 oC e o mesmo tivesse com o bulbo a 0 oC e com um sinal de sada de 1 PSI, o mesmo estaria descalibrado.

Se o valor mnimo de sada fosse 0 PSI, no seria possvel fazermos esta comparao rapidamente e, para que pudssemos detect-lo, teramos de esperar um aumento de temperatura para que tivssemos um sinal de sada, o qual seria incorreto.

6.3 TRANSMISSO ELTRICA

Os transmissores eletrnicos geram vrios tipos de sinais: 4 20mA, 0 a 20 mA e 1 5 V ;0 5V ,em painis, sendo estes os mais utilizados. Temos estas discrepncias nos sinais de sada entre diferentes fabricantes devidos a estes instrumentos estarem preparados para uma fcil mudana do seu sinal de sada. Lembramos que o sinal padro de transmisso adotado internacionalmente o 4 a 20 mAcc e 1 a 5Vdc para Tenso.

A relao de 4 20 mA, 1 5 V est na mesma relao de um sinal pneumtico de 3 15 PSI.

O zero vivo utilizado quando adotamos o valor mnimo de 4 mA, oferece a vantagem tambm de podermos detectar uma avaria (rompimento dos fios), que provocar a queda do sinal, quando o mesmo estiver em seu valor mnimo.

6.4 TRANSMISSO DIGITAL

Protocolo Hart

O protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer), um sistema que combina o padro 4 a 20 mA com a comunicao digital. um sistema a dois fios com taxa de comunicao de 1200 bits/s (BPS) e modulao FSK (Frequency Shift Keying).

O protocolo de comunicao HART mundialmente reconhecido como um padro da indstria para comunicao de instrumentos de campo inteligentes 4-20 mA, microprocessados. O uso dessa tecnologia vem crescendo rapidamente e hoje virtualmente todos os maiores fabricantes de instrumentao mundiais oferecem produtos dotados de comunicao HART.

O protocolo HART permite a sobreposio do sinal de comunicao digital aos sinais analgicos de 4-20 mA, sem interferncia, na mesma fiao. O HART proporciona alguns dos benefcios apontados pelo fieldbus, mantendo ainda a compatibilidade com a instrumentao analgica e aproveitando o conhecimento j dominado sobre os sistemas 4-20 mA existentes.

Flexibilidade de Aplicao O HART um protocolo do tipo mestre/escravo, o que significa que um instrumento de campo (escravo) somente responde quando perguntado por um mestre. Dois mestres (primrio e secundrio) podem se comunicar com um instrumento escravo em uma rede HART. Os mestres secundrios, como os terminais portteis de configurao, podem ser conectados normalmente em qualquer ponto da rede e se comunicar com os instrumentos de campo sem provocar distrbios na comunicao com o mestre primrio. O mestre primrio tipicamente um SDCD (Sistema Digital de Controle Distribudo), um CLP



(Controlador Lgico Programvel), um controle central baseado em computador ou um sistema de monitorao. Uma instalao tpica com dois mestres mostrada na figura abaixo.

O Protocolo HART permite que dois equipamentos Mestres acessem informao de um mesmo equipamento de campo (escravo)

A flexibilidade do Protocolo HART evidente no diagrama de controle da Figura abaixo. Essa aplicao inovadora usa a capacidade inerente ao Protocolo HART de transmitir tanto sinais 4-20 mA analgicos como sinais digitais de comunicao simultaneamente pela mesma fiao. Nessa aplicao, o transmissor HART tem um algortimo interno de controle PID. O instrumento configurado de modo que o loop de corrente 4-20 mA seja proporcional sada de controle PID, executado no instrumento (e no varivel medida, como por exemplo, a presso, como na maioria das aplicaes de instrumentos de campo). Uma vez que o loop de corrente controlado pela sada de controle do PID, este utilizado para alimentar diretamente o posicionador da vlvula de controle.

A malha de controle executada inteiramente no campo, entre o transmissor (com PID) e a vlvula. A ao de controle contnua como no sistema tradicional; o sinal analgico de 4-20 mA comanda a vlvula. Atravs da comunicao digital HART o operador pode mudar o set-point da malha de controle e ler a varivel primria ou a sada para o posicionador da vlvula. Uma economia substancial pode ser obtida atravs dessa inovadora arquitetura de controle.

Alguns equipamentos HART incluem controlador PID em seus algoritmos, implementando uma soluo de controle com boa relao custo-benefcio



As vantagens do protocolo Hart so as seguintes:

usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicao digital;

usa o mesmo tipo de cabo usado na instrumentao analgica; disponibilidade de equipamentos de vrios fabricantes.

Apesar do apoio recebido, o Hart no deve se tornar o padro Fieldbus devido limitao de velocidade.

Fieldbus

um sistema de comunicao digital bidirecional que permite a interligao em rede de mltiplos instrumentos diretamente no campo realizando funes de controle e monitorao de processo e estaes de operao (IHM Interface Homem-Mquina) atravs de softwares supervisrios.

Este padro permitir comunicao entre uma variedade de equipamentos, como: transmissores, vlvulas, controladores, CLPs, etc.

A definio mais conhecida do FIELDBUS a substituio do protocolo de comunicao analgico (4 a 20 mA) por um protocolo digital de comunicao entre os instrumentos do campo e os da sala de controle.

De acordo com a norma IEC-ISA-SP50 os meios fsicos definidos podem ser de trs tipos: par de fios tranados, fibra ptica e rdio. Ainda de acordo com a mesma norma, a taxa de comunicao de 31,25 Kb/s e nmero mximo de equipamentos no barramento de 1 a 32 equipamentos, com segurana intrnseca de 2 a 6 equipamentos.

Exemplo de interligao com sistema FIELDBUS:

Instrumentos de Campo

Estao da

Manuteno

FT 001 PI 001 I / P

Estao da

Operao (Supervisrio)



6.5 HIDRULICO Similar ao tipo pneumtico e com desvantagens equivalentes, o tipo hidrulico utiliza-se da variao de presso exercida em leos hidrulicos para transmisso de sinal. especialmente utilizado em aplicaes onde um torque elevado necessrio ou quando o processo envolve presses elevadas.

6.6 VIA RDIO Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos so enviados sua estao receptora via ondas de rdio em uma faixa de freqncia especfica.

6.7 VIA MODEM A transmisso dos sinais feita atravs de utilizao de linhas telefnicas pela modulao do sinal em freqncia, fase ou amplitude.



7 PRINCIPAIS SISTEMAS DE MEDIDAS

Os sistemas podem ser classificados quanto natureza de suas unidades fundamentais, quanto ao valor dessas unidades e tambm quanto s relaes escolhidas na determinao dos derivados.

7.1 QUANTO A NATUREZA

Dois so os sistemas principais: LMT e LFT

a) LMT - tem como grandezas fundamentais: L = comprimento M = massa T = tempo

b) LFT - tem como grandezas fundamentais: L = comprimento F = fora T = tempo

7.2 QUANTO AO VALOR

Para as unidades fundamentais, temos:

a) Tipo LMT

Fsico ou Cegesimal (CGS) - centmetro, grama, segundo. Industrial Francs (MTS) - metro, tonelada, segundo. Mtrico Decimal (MKS) - metro, quilograma, segundo. Absoluto Ingls (Ft, Pd, S) - p, libra, segundo.

b) Tipo LFT

Prtico, Terrestre ou Gravitatrio (MKgfS): metro, quilograma-fora, segundo. Prtico Ingls (Ft, Pd, Sec.): p, libra-fora, segundo.

7.3 QUANTO AS RELAES

Se forem escolhidas na derivao, pode haver, s vezes, liberdade de escolha.

Exemplos: kgf/cm2 - (Quilogramas fora por centmetro quadrado - presso) m/s - (metros por segundo - velocidade) mmH2O (milmetros de gua - presso)



8 INTRODUO AO CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

Dentre os objetivos de um sistema de controle podemos destacar: estabelecer condies estveis em um processo para que obtenha o maior lucro possvel, maior produtividade, e ainda prevenir condies instveis que poderiam colocar em risco pessoas e/ou equipamentos do processo fabril.

Um sistema de controle formado por uma srie de instrumentos e mecanismos de controle que recebem e fornecem informaes por meio de sinais eltricos ou pneumticos, interligados sobre a forma de malha de controle (loop), de modo a produzir resultados teis com o mnimo de superviso humana.

Os sistemas podem ser classificados em abertos ou fechados. Denomina-se de sistema de controle aberto aquele no qual a varivel de sada do processo no exerce algum efeito sobre a entrada, enquanto que, numa malha fechada com retro-alimentao negativa, a varivel de sada medida interfere no valor da varivel de entrada. O diagrama seguinte mostra os principais blocos que compem um sistema de controle de processos com retro-alimentao negativa ou simplesmente realimentao negativa.

SP

Normalmente qualquer sistema pode ser representado por um diagrama em blocos como o da pgina anterior, onde podemos distinguir os seguintes blocos:

8.1 PROCESSOS

Parte que representa a equao matemtica, geralmente no domnio da freqncia, que relaciona a varivel de sada (PV) em funo da varivel de entrada ou manipulada (MV).

Elemento Primrio de Medio

Sensor responsvel pela medio da varivel controlada (PV), transformando o sinal fsico de processo em sinal de presso, eltrico ou outro qualquer.

Transmissor

Instrumento que recebe na planta (cho de fbrica) o sinal do elemento primrio de medio e o transmite para a sala de controle (distante da planta). Ele tambm pode ter a funo de linearizar o sinal do sensor, filtrar e at mesmo de controlar.

Elemento Primrio de Medio

Aes de Controle PID

Elemento Final De Controle

Processo

Varivel Manipulada - MV - Varivel Controlada ou de Processo

- PV -

Transmissor

Controlador

Elemento Primrio De medio

PV



Controlador

neste instrumento que o sinal da PV comparado com o Set Point (SP, valor desejado ou referncia) gerando um sinal de erro. Em funo deste erro o controlador, atravs do algoritmo de controle PID (proporcionalintegral-derivativo), determina o quanto de sinal a ser enviado para o elemento final de controle para fazer com que a PV retorne ao valor de SP. Na situao onde no h erro, o controlador manter o ltimo sinal na sada, mantendo constante a varivel manipulada (MV).

Elemento Final de Controle

Recebe o sinal de sada do controlador e atua numa varivel de entrada (MV) do processo capaz de provocar alteraes na varivel controlada (PV). Este dispositivo pode ser uma vlvula eletro pneumtica, um banco de resistores, um inversor de freqncia, etc.

No exemplo a seguir veremos um processo tpico de troca de calor onde se pretende controlar a temperatura de um fludo qualquer.

No caso do trocador de calor, o termo processo significa a operao de adio de energia calorfica ao fludo a ser aquecido.

A funo fundamental do sistema de controle manipular a relao entrada/sada de energia ou material, de maneira que as variveis de processo sejam mantidas dentro dos limites estabelecidos, ou seja, o sistema de controle regula a varivel controlada, neste caso a temperatura do fludo aquecido (PV), fazendo correes em outra varivel do processo, a vazo de vapor denominada de varivel manipulada (MV), capaz de provocar modificaes na PV.

Todo sistema de controle automtico implementa as mesmas funes do controle manual realizado pelo homem, mas de forma contnua com melhor qualidade e produtividade. Assim, em um processo de controle manual o operador tem a funo de medir a temperatura (PV) do fludo aquecido e corrigir a vazo de vapor (MV) de forma a manter a temperatura da varivel controlada no valor desejado (SP). Ou seja, o operador mede a temperatura do fludo atravs do tato, este sinal comparado mentalmente com a temperatura desejada (SP) e com base na diferena entre estes valores (erro), o operador toma a deciso (ao de controle PID) se deve atuar no elemento final de controle (vlvula de vapor) e de quanto atuar para corrigir o erro. Assim, vemos que as aes realizadas no controle manual so as mesmas do controle automtico: medir, comparar, controlar e corrigir.

Entrada do Fludo a ser Aquecido

Sada do Fludo Aquecido (PV)

TROCADOR DE CALOR

Entrada de Vapor (MV)

Condensado



9 ANLISE DE UMA MALHA DE CONTROLE

SP R\V

A figura acima ilustra um processo de aquecimento automatizado que se resume na transferncia de calor entre valor e fludo a ser aquecido que tem como objetivo manter a temperatura do fludo aquecido no valor de referncia (SP). Para isso, foi montada uma malha de controle com os instrumentos indicados no diagrama acima. Toda malha de controle deve ser ajustada para garantir a realimentao negativa. Ou seja, a existncia de um distrbio que leva a PV a um valor acima do SP deve ser realimentada de tal forma a contribuir negativamente no aumento da prpria PV, assim, levando-a ao valor original igual referncia de SP.

Em todo processo, para que fique bem compreendido, necessrio conhecer com preciso alguns elementos tais como:

Varivel Controlada (PV) Varivel Manipulada (MV) Tipo de Vlvula (NA ou NF) Caracterstica do Processo (D/R) Modo de controle do Controlador (D/R) Fonte de Distrbios

No exemplo da pgina anterior, a PV j esta claro que a temperatura do fludo de sada, pois o sistema foi elaborado com o objetivo de manter esta temperatura num valor pr-estabelecido (SP) e a varivel a ser manipulada (MV) a vazo de vapor. Se a temperatura do fludo cair, o controlador ir atuar no elemento final de controle para aumentar a vazo de vapor e em seguida provocar a reao de aumento da temperatura at atingir o valor de SP. Caso a temperatura fique acima do valor de SP, o procedimento ser o inverso. A segurana intrnseca ao processo determina o TIPO DE VLVULA de controle ou elemento final quanto ao seu sinal de alimentao e sua resposta, podendo ser do tipo Normal Aberta (NA) ou Normal Fechada (NF).

Entrada do Fludo a ser Aquecido

Sada do Fludo Aquecido

TROCADOR DE CALOR

Entrada de Vapor

Condensado

TE PT 100

TY I / P

TIC 1

TY 1

TV



Se uma vlvula for NA: Falta de sinal pneumtico ou um sinal de at 0,2 Kgf/cm2 far com que ela fique totalmente aberta;

O mximo sinal de 1,0 Kgf/cm2 far com que ela fique totalmente fechada.

Se uma vlvula for NF: Falta de sinal pneumtico ou um sinal de at 0,2 Kgf/cm2 far com que ela fique totalmente fechada;

O mximo sinal de 1,0 Kgf/cm2 far com que ela fique totalmente aberta. No exemplo analisado, pode-se notar que no aconselhvel que na

ausncia de sinal para a vlvula ele fique totalmente aberta elevando a temperatura do fludo. Por este motivo, para garantir a segurana, foi escolhida uma vlvula do tipo NF que, em caso de falta de sinal, se fechar imediatamente protegendo todo o sistema.

A CARACTERSTICA DO PROCESSO, que pode ser reversa ou direta, determina o sentido da ao sobre a varivel manipulada (MV) para correo de algum distrbio na varivel controlada (PV). Por exemplo, se a temperatura da varivel controlada aumentar por causa de distrbios, a vazo de vapor deve diminuir na tentativa de eliminar efeitos provocados por esses distrbios. Nota-se que um incremento na PV levou a um decremento na MV para eliminar os distrbios. Ento, diz-se que o processo apresenta uma caracterstica reversa. Para definir a caracterstica do processo, basta provocar um distrbio na varivel controlada e verificar em que sentido a varivel manipulada deve atuar para eliminar o erro. Se o sentido de atuao na MV for igual ao da variao da PV, diz-se que o processo tem caracterstica direta.

O MODO DE CONTROLE de um controlador determina o sentido da ao sobre o sinal enviado para elemento final de controle, no caso a vlvula NF, em relao ao sentido de variao do sinal recebido de PV. A figura abaixo ilustra o citado acima:

No exemplo em questo, o modo de controle do TIC deve ser reverso, pois se a temperatura subir, o elemento primrio ir enviar um maior sinal para o rel conversor de resistncia para tenso (Ohms/V) e este, por sua vez, informa um maior sinal para o controlador. E, para que a temperatura no suba a vlvula dever fechar; logo o controlador deve enviar menos sinal, pois ela do tipo NF.

9.1 DISTRBIOS

Os distrbios se classificam em:

De Alimentao

So aqueles que provocam alteraes nas variveis manipuladas (variveis de entrada do processo). No caso estudado, um aumento na presso de linha do vapor provoca um aumento na vazo, interferindo no valor final da temperatura do

TIC 1

PV MV

Controlador no Modo Direto (M/D)

TIC 1

PV MV

Controlador no Modo Reverso (M/R)



fludo aquecido (PV). Normalmente estes distrbios so representados por diagramas em blocos da seguinte maneira:

De Demanda

So aqueles que provocam alteraes na sada do processo (PV). Se no exemplo do trocador de calor o consumo de fludo for aumentado temperatura controlada diminuir, provocando um erro para o controlador TIC.

De SetPoint

So as perturbaes provocadas pela alterao do ponto de trabalho do processo, visando aumento ou diminuio de produo. No caso, provoca-se este distrbio atuando no Set-Point do controlador (TIC).

DIAGRAMA UNIFILAR

Este tipo de diagrama estruturado colocando os instrumentos da malha de controle numa disposio vertical. comum colocar no prprio diagrama os sinais de entrada e sada de cada instrumento. Ao lado vemos o diagrama unifilar da malha de controle do trocador de calor estudado.

TE

PT 100

TY 1

Ohms/V

TIC 1

TY I/P



Exerccios

1) Defina Instrumentao.

2) Defina Range e Span.

3) Identifique os instrumentos a partir das seguintes siglas:

a) PI b) LI

c) TT d) TI

e) TIC f) PIC

g) I/P h) TE

4) Identifique o tipo de sinal a partir da figura:

a) c)

b) d)

5) A partir do smbolo, identifique-os,segundo a norma ISA5.1:

a) c)

b) d)

6) Para que serve o TAGNAME de um instrumento?

7) Defina TELEMETRIA, e indique um dos fatores que se destacam na sua utilizao.

8) Defina Transmissores e indique tipos de sinais de transmisso.

9) O que o zero-vivo?



10 PRESSO

A presso uma grandeza largamente utilizada na medio de vazo por elementos deprimognios, de nvel, densidade e da prpria varivel presso. definida como a relao entre a fora aplicada (perpendicularmente) uma superfcie e sua rea.

P = F / A onde:

P = Presso (Pa ou N/m2) F = Fora (newton = N) A = rea (m2)

A medio de qualquer grandeza fsica sempre passa por uma subtrao, ou seja, sempre se toma um determinado ponto como referncia e se compara os demais em relao a ele. Assim sendo, em funo na referncia pode-se classificar a medio de presso como: relativa, absoluta e diferencial.

10.1 TIPOS DE PRESSO

Presso Absoluta

o resultado da medio da presso tomando-se o vcuo como referncia, ou seja, a diferena da presso em determinado ponto de medio pela presso do vcuo (zero absoluto). Normalmente quando se indica esta grandeza usa-se a notao ABS ou a.

Exemplo: a presso absoluta que a atmosfera exerce ao nvel do mar de 760 mmHg.

Nota: Embora mm seja unidade de comprimento, a notao em mmHg uma

unidade de presso que equivale presso exercida em sua base por uma coluna de mercrio (Hg) com altura de 760 mm.

Presso Manomtrica ou Relativa

Toma-se a atmosfera como referncia. Ou seja, a diferena entre a presso absoluta medida em um ponto qualquer e a presso atmosfrica. sempre importante registrar na notao que a medio relativa.

Ex.: 10 kgf/cm2 Presso Relativa (g).

Presso Diferencial

Quando qualquer ponto diferente do vcuo ou atmosfera tomado como referncia diz-se medir presso diferencial. Logo, presso diferencial a diferena de presses entre dois pontos quaisquer. Por exemplo, a presso diferencial encontrada numa placa de orifcio.



Nvel (h)

vcuo

Presso P rea (A)

Diagrama Comparativo

O diagrama abaixo ilustra os conceitos tratados anteriormente. Nota-se que a seta sempre aponta para o ponto medido e a base para o ponto tomado como referncia.

Nota-se que a presso manomtrica dada pela diferena entre a presso absoluta e a presso atmosfrica. P(g) = P(a) Patm.

Densidade de Massa

Densidade (D) a grandeza escalar dada pela relao entre uma massa m e seu volume V.

D = m / V (kg/m3)

Quando um corpo constitudo por uma nica substncia (homogneo) o termo massa especfica () utilizado em lugar de densidade. Assim, a massa especfica uma caracterstica da substncia que constitui um corpo. Exemplo: H2O = 1 g/cm3. comum confundir peso especfico com massa especfica. O peso especfico igual ao produto da massa especfica pela acelerao da gravidade (g).

Presso Hidrosttica

a presso exercida numa base qualquer por uma coluna de fludo em repouso, ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso, em virtude do seu peso. Veja a figura ao lado.

P

Absoluta

Absoluta

Presso atmosfrica padro nvel do mar ex: 101,325 kPa, 1 atm

Presso atmosfrica local (varivel com a altitude)

Vcuo absoluto (Pabs = 0)

negativa

Diferencial

Efetivas



O fluido contido no tanque exerce um peso W sobre a base, logo a presso P :

P = W / A, mas, W = m . g = . g . h,

como o volume V = A . h, logo:

W = . h . A . g, e substituindo W na frmula de P, temos:

P = . g . h

Considerando o produto . g constante nota-se que a varivel nvel uma funo da presso no fundo do tanque, logo, basta medir-se a presso para se conhecer a altura da coluna do fludo dentro do tanque.

Outra observao importante que a presso no fundo do tanque no depende da rea da base, mas apenas da altura da coluna de lquido.

10.2 UNIDADES PRTICAS DE PRESSO

mmHg: a presso exercida na base de uma coluna de Hg com altura de 1 milmetro e acelerao da gravidade local igual a 9,81 m/s2 a 0oC, onde a densidade do mercrio de 13.600kg/m3.

atm: um atmosfera ou simplesmente 1 atm equivalente presso exercida na base de uma coluna de Hg com altura de 760 mm, onde g = 9,81 m/s2 e a densidade do mercrio de 13600kg/m3.

mmH2O: a presso medida na base de uma coluna de gua com altura de 1mm considerando a densidade da gua a 1000kg/m3.

kgf/cm2: a presso exercida pelo peso de uma massa com 1kg em uma superfcie com rea de 1 cm3. Importante lembrar que 1 kgf equivale a 9,81N.

Libra-fora por polegada quadrada (PSI): a presso calculada pela razo entre a fora em unidade inglesa libra-fora (lb) pela rea em polegada quadrada (in2), ou seja, pound force per square inch (psi).

Das definies acima temos:

1 mmHg = 133,32 Pa 1 atm = 1,013 . 105 Pa 1 mmH2O = 9,81 Pa 1 kgf/cm2 = 98100 Pa 1 lbf = 4,45 N 1 psi = 6,89 kPa



A seguir veremos a tabela para converso de unidades de presso:

kgf/cm2 Lbf/pol2 BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O KPa

kgf/cm2 1 14,233 0,9807 26,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98,069 Lbf/pol2 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 703,29 6,895 BAR 1,0197 14,504 1 29,53 401,6 0,98692 750,06 10200 100 Pol Hg 0,0345 0,4911 0,03386 1 13,599 0,0334 26,399 345,40 3,3863 Pol H2O 0,002537 0,03609 0,00249 0,07348 1 0,002456 1,8665 25,399 0,24884 ATM 1,0332 14,696 1,0133 29,921 406,933 1 760,05 10335 101,325 mmHg 0,00136 0,019337 0,00133 0,03937 0,5354 0,001316 1 13,598 0,13332 mmH2O 0,000099 0,00142 0,00098 0,00289 0,03937 0,00009 0,07353 1 0,0098 KPa 0,010197 0,14504 0,01 0,29539 4,0158 0,009869 7,50062 101,998 1

Observao: H2O 60oF ; Hg 32oF ; Lbf/pol2 = PSI

10.3 TCNICAS DE MEDIO DE PRESSO

A medio de uma varivel de processo feita, sempre, baseada em princpios fsicos ou qumicos e nas modificaes que sofrem as matrias quando sujeitas s alteraes impostas por essa varivel. A medio da varivel presso pode ser realizada baseada em vrios princpios, cuja escolha est sempre associada s condies da aplicao. Nesse tpico sero abordadas as principais tcnicas e princpios de sua medio com objetivo de facilitar a anlise e escolha do tipo mais adequado para cada aplicao.

10.4 COMPOSIO DOS MEDIDORES DE PRESSO

Os medidores de presso de um modo geral podem ser divididos em trs partes, sendo fabricado pela associao destas partes ou mesmo incorporado a conversores e ai recebendo o nome de transmissores de presso. As trs partes so:

Elemento de Recepo

Aquele que recebe a presso a ser medida e a transforma em deslocamento ou fora (Ex: bourdon, fole, diafragma).

Elemento de Transferncia

Aquele que amplia o deslocamento ou a fora do elemento de recepo ou que transforma o mesmo em um sinal nico de transmisso do tipo eltrica ou pneumtica, que enviada ao elemento de indicao (ex: links mecnicos, rel piloto, amplificadores operacionais).

Elemento de Indicao

Aquele que recebe o sinal do elemento de transferncia e indica ou registra a presso medida (ex: ponteiros, displays) .



10.5 ELEMENTOS MECNICOS PARA A MEDIO DE PRESSO

Manmetros

So dispositivos utilizados para indicao local de presso e em geral divididos em duas partes principais: o manmetro de lquidos, que utiliza um lquido como meio para se medir a presso, e o manmetro tipo elstico que utiliza a deformao de um elemento elstico como meio para se medir presso.

A tabela abaixo classifica os manmetros de acordo com os elementos Mecnicos de recepo.

Tipos de Manmetro Elementos de Recepo (Tipos) Tubo em "" Manmetros de Lquidos Tubo Reto

Ou Medio Direta Tubo Inclinado Tipo C Tubo de Bourdon: Tipo Espiral Tipo Helicoidal

Manmetro Elstico Diafragma Fole Cpsula

Manmetro de Lquido ou Medio Direta

a) Princpio de funcionamento e construo

um instrumento de medio e indicao local de presso baseado na equao manomtrica, ou seja, a presso medida, comparando-a com a presso exercida por uma coluna de lquido com densidade e altura conhecidas. Sua construo simples e de baixo custo. Basicamente constituda por tubo de vidro com rea seccional uniforme, uma escala graduada, um lquido de enchimento e suportados por uma estrutura de sustentao. O valor de presso medida obtido pela leitura da altura de coluna do lquido deslocado em funo da intensidade da referida presso aplicada.

b) Lquidos de enchimento

A princpio qualquer lquido com baixa viscosidade, e no voltil nas condies de medio, pode ser utilizado como lquido de enchimento. Entretanto, na prtica, a gua destilada, lcool e o mercrio so os lquidos mais utilizados nesses manmetros.

c) Faixa de medio

Em funo do peso especfico do lquido de enchimento e tambm da fragilidade do tubo de vidro que limita seu tamanho, esse instrumento utilizado somente para medio de baixas presses.



Em termos prticos, a altura de coluna mxima disponvel no mercado de 2 metros e assim a presso mxima medida de 2 mH2O caso se utilize gua destilada, e 2 mHg com utilizao do mercrio.

d) Influncia da temperatura na leitura

Como a medio de presso utilizando manmetro de lquido depende do peso especfico do mesmo, a temperatura do ambiente onde o instrumento est instalado ir influenciar no resultado da leitura e, portanto sua variao, caso ocorra, deve ser compensada.

Isto necessrio, pois na construo da escala levada em considerao a massa especfica do lquido a uma temperatura de referncia.

Se o lquido utilizado for o mercrio, normalmente considera-se como temperatura de referncia 0C e assim sua massa especfica ser 13.595,1 kg/m.

Se for gua destilada o lquido utilizado considera-se como temperatura de referncia 4C e assim sua massa especfica ser 1.000,0 kg/cm.

Na prtica, utiliza-se a temperatura de 20C como referncia e esta, devem ser escritas na escala de presso.

Outra influncia da temperatura na medio de presso por este instrumento no comprimento da escala que muda em funo de sua variao e em leituras precisas deve ser tambm compensada.

Tipos de Manmetro Lquido

Manmetro Tipo Coluna em U

O tipo mais simples dos manmetros, e ao mesmo tempo um dos mais exatos, o tipo U visto na figura abaixo.

O tubo em U um dos medidores de presso mais simples entre os medidores para baixa presso. constitudo por um tubo de material transparente (geralmente vidro) recurvado em forma de U e fixado sobre uma escala graduada. A figura ao lado mostra trs formas bsicas.

No tipo (a), o zero da escala est no mesmo plano horizontal que a superfcie do lquido quando as presses P1 e P2 so iguais. Neste caso, a superfcie do lquido desce no lado de alta presso e, consequentemente sobe no lado de baixa



presso. A leitura se faz, somando a quantidade deslocada a partir do zero nos lados de alta e baixa presso.

No tipo (b), o ajuste de zero feito em relao ao lado de alta presso. Neste tipo h necessidade de se ajustar a escala a cada mudana de presso.

No tipo (c) a leitura feita a partir do ponto mnimo da superfcie do lquido no lado de alta presso, subtrada do ponto mximo do lado de baixa presso. A leitura pode ser feita simplesmente medindo o deslocamento do lado de baixa presso a partir do mesmo nvel do lado de alta presso, tomando como referncia o zero da escala. A faixa de medio de aproximadamente 0 ~ 2000 mmH2O/mmHg.

Manmetro Tipo Coluna Reta Vertical

O emprego deste manmetro idntico ao do tubo em U. Nesse manmetro as reas dos ramos da coluna so diferentes, sendo a

presso maior aplicada normalmente no lado da maior rea. Essa presso, aplicada no ramo de rea maior provoca um pequeno

deslocamento do lquido na mesma, fazendo com que o deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume deslocado ser o mesmo e sua rea bem menor.

Manmetro Tipo Coluna Inclinada

Este Manmetro utilizado para medir baixas presses na ordem de 50 mmH2O. Sua construo feita inclinando um tubo reto de pequeno dimetro, de modo a medir com boa preciso presses em funo do deslocamento do lquido dentro do tubo. A vantagem adicional a de expandir a escala de leitura o que muitas vezes conveniente para medies de pequenas presses com boa preciso.

P1

P2

h

Manmetro do Tipo Poo Vertical

A1

A2



Aplicao: Os manmetros de lquido foram largamente utilizados na medio de presso, nvel e vazo nos primrdios da instrumentao. Hoje, com o advento de outras tecnologias que permitem leituras remotas, a aplicao destes instrumentos na rea industrial se limita a locais ou processos cujos valores medidos no so cruciais no resultado do processo ou a locais cuja distncia da sala de controle inviabiliza a instalao de outro tipo de instrumento. Porm, nos laboratrios de calibrao que ainda encontramos sua grande utilizao, pois podem ser tratados como padres.

Manmetro Tipo Elstico

Este tipo de instrumento de medio de presso baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidade dos materiais.

Em 1676, Robert Hook estabeleceu essa lei que relaciona a fora aplicada em um corpo e a deformao por ele sofrida. Em seu enunciado ele disse: o mdulo da fora aplicada em um corpo proporcional deformao provocada.

Essa deformao pode ser dividida em elstica (determinada pelo limite de elasticidade), e plstica ou permanente.

Os medidores de presso tipo elstico so submetidos a valores de presso sempre abaixo do limite de elasticidade, pois assim cessada a fora a ele submetida o medidor retorna a sua posio inicial sem perder suas caractersticas.

Esses medidores podem ser classificados em dois tipos:

Conversor da deformao do elemento de recepo de presso em sinal eltrico ou pneumtico.

Indicador/amplificador da deformao do elemento de recepo atravs da converso de deslocamento linear em ngulos utilizando dispositivos mecnicos.

Funcionamento do Medidor Tipo Elstico

O elemento de recepo de presso tipo elstico sofre deformao tanto maior quanto a presso aplicada. Esta deformao medida por dispositivos mecnicos, eltricos ou eletrnicos.

O elemento de recepo de presso tipo elstico, comumente chamado de manmetro, aquele que mede a deformao elstica sofrida quando est submetido a uma fora resultante da presso aplicada sobre uma rea especfica.

P1 P2

Manmetro do Tipo Poo Inclinado

A2A1

Zero h



Essa deformao provoca um deslocamento linear que convertido de forma proporcional a um deslocamento angular atravs de mecanismo especfico. Ao deslocamento angular anexado um ponteiro que percorre uma escala linear e cuja faixa representa a faixa de medio do elemento de recepo.

Principais Tipos de Elementos de Recepo

A tabela abaixo mostra os principais tipos de elementos de recepo utilizados na medio de presso baseada na deformao elstica, bem como sua aplicao e faixa recomendvel de trabalho.

Elemento de Recepo

Aplicao

Faixa de Presso (Min)

Faixa de Presso (MX)

Tubo Bourdon Presso e vcuo -76 ~ 0 cmHg 0~ 10.000 PSI Diafragma Presso e vcuo -5 ~ 0 mmH2O 0 ~ 400 PSI Fole Presso e vcuo -130~ 130 mmH2O 0 ~ 800 PSI

Manmetro Tubo Bourdon

a) Construo e caracterstica do tubo de Bourdon

Tubo de Bourdon consiste em um tubo com seo oval, que poder estar disposto em forma de C, espiral ou helicoidal, tem uma de sua extremidade fechada, estando a outra aberta presso a ser medida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular resultando um movimento em sua extremidade fechada. Esse movimento atravs de engrenagens transmitido a um ponteiro que ir indicar uma medida de presso em uma escala graduada.

A construo bsica, o mecanismo interno e seo de tubo de Bourdon, so mostrados na figura abaixo.

Construo Bsica do Manmetro de Bourdon Tipo C

b) Material de Bourdon

De acordo com a faixa de presso a ser medida e a compatibilidade com o fluido que determinamos o tipo de material a ser utilizado na confeco de Bourdon. A tabela a seguir indica os materiais mais utilizados na confeco do tubo de Bourdon.



Material Composio Coeficiente de Elasticidade

Faixa de Utilizao

Bronze Cu 60 ~ 71 e Zn 1.1 x 108 ~50 kgf/cm Iconel X Ni,CR,Ti e Al 1.1 x 104 ~70 Ao Inox Ni 10 ~14, Cr 16 ~18 e Fe 1.8 x 104 ~700 Bronze Fsforos Cu 92, Sn 8, P 0.03 1.4 x 104 ~50 Cobre berlio Be 1 ~ 2, Co 0,35 e Cu 1.3 x 104 ~700 Liga de Ao Cr 0.9 ~1.2, Mo 0.15 ~30 e Fe 2.1 x 104 700 ~

c) Classificao dos manmetros tipo Bourdon

Os manmetros tipo Bourdon podem ser classificados quanto ao tipo de presso medida e quanto classe de preciso.

Quanto presso medida ele pode ser manomtrico para presso efetiva, vcuo, composto ou presso diferencial.

Quanto classe de preciso, essa classificao pode ser obtida atravs das faixas de erro que cada tipo de manmetro tem de acordo com sua faixa de escala.

d) Faixa de Operao Recomendvel

Com exceo dos manmetros utilizados como padro, a presso normal deve estar prxima a 75% da escala mxima quando presso esttica, e 60% quando presso varivel.

Tipos de Bourdon

Tipo Membrana ou Diafragma

constitudo por um disco de material elstico (metlico ou no) fixo por uma borda. Uma haste fixa ao centro do disco est ligada a um mecanismo de indicao.

Quando uma presso aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento proporcional presso aplicada.



O diafragma geralmente ondulado ou corrugado para aumentar sua rea efetiva.

Fole

O fole tambm muito empregado na medio de presso. Ele basicamente um cilindro metlico, corrugado ou sanfonado.

Quando uma presso aplicada no interior do fole, provoca sua distenso, e como ela tem que vencer a flexibilidade do material, o deslocamento proporcional presso aplicada parte externa, provocar a contrao do fole.

10.6 SENSORES ELTRICOS

Capacitivo (Clula Capacitiva)

o sensor mais utilizado em transmissores de presso. Nele um diafragma de medio se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o mvel, existe um lquido de enchimento que funciona como um dieltrico. Como um capacitor de placas paralelas constitudo por duas placas paralelas separadas por um meio dieltrico, ao sofrer o esforo de presso, o diafragma mvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) tem sua distncia em relao ao diafragma modificada. Isso provoca modificao na capacitncia em torno de 150pF que convertida eletronicamente, resultando um sinal de sada de 4 a 20 mA, e ento se tem a medio de presso.

Diafragma Elstico

Link

Setor

Pinho

Ponteiro



Para que ocorra a medio, o circuito eletrnico alimentado por um sinal AC atravs de um oscilador e ento se modula a freqncia ou a amplitude do sinal em funo da variao de presso para se ter a sada em corrente ou digital. Como lquido de enchimento utiliza-se normalmente glicerina, silicone, ou fluor-oil.

Fita Extensiomtrica (Strain Gage)

um dispositivo que mede a deformao elstica sofrida pelos slidos quando estes so submetidos ao esforo de trao ou compresso. So na realidade fitas metlicas fixadas adequadamente nas faces de um corpo a ser submetido ao esforo de trao ou compresso e que tem sua seo transversal e seu comprimento alterado devido a esse esforo imposto ao corpo. Essas fitas so interligadas em um circuito tipo ponte de WHEATSTONE ajustada e balanceada para condio inicial e que ao ter os valores de resistncia da fita mudada com a presso, sofre desbalanceamento proporcional variao desta presso. So utilizadas na confeco destas fitas extensiomtricas, metais que possuem baixo

Isolador

Elemento de resistncia para medio e presso

Elemento de correo de temperatura

Entrada de Presso



coeficiente de temperatura para que exista uma relao linear entre resistncia e tenso numa faixa mais ampla.

Baseia-se no princpio de variao da resistncia de um fio, mudando-se as suas dimenses.

Para variarmos a resistncia de um condutor devemos analisar a equao geral da resistncia:

R =(p.L) / S

R: Resistncia do condutor p: Resistividade do material L: Comprimento do condutor S: rea da seo transversal

O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lmina de base, dobrando-se to compacto quanto possvel.

Esta montagem denomina-se tira extensiomtrica, como vemos na figura abaixo.

Piezo Eltrico

Formado basicamente de cristais e os sensores por silcio ressonante que consiste basicamente numa cpsula de silcio colocada estrategicamente em um diafragma.

Os elementos piezeltricos so cristais (como o quartzo, a turmalina, o Silcio e o titanato) que acumulam cargas eltricas em certas reas da estrutura cristalina, quando sofrem uma deformao fsica por ao de uma presso. So elementos pequenos e de construo robusta, seu sinal de resposta linear com a variao de presso e so capazes de fornecer sinais de altssimas freqncias de milhes de ciclos por segundo.

A carga devida alterao da forma gerada sem energia auxiliar, uma vez que o quartzo um elemento transmissor ativo. Esta carga conectada entrada de um amplificador, sendo indicada ou convertida em um sinal de sada para tratamento posterior.

Lmina de Base

L x n de voltas

Fio solidrio a base

Eletricista Indus

instrumentação básica

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