FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTAO E CONTROLE eng. Paulo Vicente Correa rev. julho/2002 INDICE 1. Conceitos.................................................................................................................................................. 4 Controladores Lgicos ProgramveisPLC ............................................................................................. 8 PLC no Controle e Processos ............................................................................................................... 8 Sistemas SCADA................................................................................................................................. 8 2. Presso.................................................................................................................................................... 12 Unidades de Medida de Presso............................................................................................................. 15 Manmetros............................................................................................................................................ 17 Pressostatos ............................................................................................................................................ 21 Transmissores de Presso....................................................................................................................... 23 Instalao de Transmissores ............................................................................................................... 25 3. Temperatura............................................................................................................................................ 29 Termmetros .......................................................................................................................................... 30 Termopares............................................................................................................................................. 31 Termo-Resistncias ................................................................................................................................ 37 4. Nvel ....................................................................................................................................................... 38 5. Vazo...................................................................................................................................................... 41 Placas de Orifcio ................................................................................................................................... 44 Tubo de Venturi...................................................................................................................................... 52 Cone em V.............................................................................................................................................. 53 Medidores Magnticos ........................................................................................................................... 54 Medidores Vrtex................................................................................................................................... 56 Medidores de Turbina............................................................................................................................. 57 Medidores Mssico ou Coriolis.............................................................................................................. 58 Medidores de Rodas Ovais..................................................................................................................... 59 6. Vlvulas de Controle.............................................................................................................................. 60 Dimensionamento de Vlvulas de Controle ........................................................................................... 63 7. Simbologia ............................................................................................................................................. 66 8. Controle.................................................................................................................................................. 69 Controle Tudo-ou-Nada (On-Off) .......................................................................................................... 69 Controlador Proporcional (P) ................................................................................................................. 71 Controlador Integral (PI) ........................................................................................................................ 75 Controlador Proporcional, Integral e Derivativo (PID) .......................................................................... 78 Estrutura de Controladores ..................................................................................................................... 80 9. Estratgias de Controle........................................................................................................................... 85 Controle em Feed-back........................................................................................................................... 86 Controle em Cascata............................................................................................................................... 87 Razo ou Proporo................................................................................................................................ 88 Limites Cruzados.................................................................................................................................... 89 Feed-Forward ......................................................................................................................................... 93 Controle em Split-Range (faixa dividida)............................................................................................... 96 Controle Preferencial.............................................................................................................................. 97 10. Sintonia de Controladores .................................................................................................................... 98 Processos estveis e instveis - Identificao......................................................................................... 98 Determinao da ordem de grandeza dos Parmetros ............................................................................ 99 Escolha da estrutura do controlador ..................................................................................................... 102 Mtodos de Sintonia de Controladores................................................................................................. 103 Mtodo da identificao do processo atravs da resposta a um degrau............................................ 104 Mtodo de Ziegler e Nichols ............................................................................................................ 108 Um Mtodo de Identificao................................................................................................................ 110 Processo Estvel ............................................................................................................................... 110 Processo Instvel .............................................................................................................................. 111 O Programa....................................................................................................................................... 111 11. Simulao de Processos...................................................................................................................... 113 O Modelo.............................................................................................................................................. 114 O Programa .......................................................................................................................................... 116 O Interpretador de Equaes ............................................................................................................ 117 O Controlador................................................................................................................................... 119 O Processo........................................................................................................................................ 121 O Bloco de Clculo .......................................................................................................................... 123 O Registrador ................................................................................................................................... 124 Os Textos Animados ........................................................................................................................ 124 O Rudo ............................................................................................................................................ 124 O Registrador X-Y ........................................................................................................................... 124 Exerccios ............................................................................................................................................. 125 Exerccio 2........................................................................................................................................ 125 Exerccio 3........................................................................................................................................ 127 Exerccio 4........................................................................................................................................ 129 Exerccio 5........................................................................................................................................ 130 Exerccio 6........................................................................................................................................ 131 Exerccio 7........................................................................................................................................ 133 Exerccio 8........................................................................................................................................ 134 Importando Um Processo Real ............................................................................................................. 135 Exerccio 9........................................................................................................................................ 136 Exerccio 10...................................................................................................................................... 138 Exerccio 11...................................................................................................................................... 141 Exercicio 12...................................................................................................................................... 145 12. Metrologia .......................................................................................................................................... 146 Sistema Internacional ........................................................................................................................... 146 Nomenclatura Oficial ........................................................................................................................... 148 A Rastreabilidade Metrolgica............................................................................................................. 153 A Incerteza da Medio........................................................................................................................ 154 Incerteza tipo A................................................................................................................................ 154 Incertezas tipo B............................................................................................................................... 156 Incerteza Combinada........................................................................................................................ 159 Incerteza Expandida ......................................................................................................................... 159 Expresso da Incerteza da Medio.................................................................................................. 160 13. Uso de Instrumentos Eltricos em reas Perigosas............................................................................ 161 Classificao de rea ........................................................................................................................... 161 Prova de Exploso................................................................................................................................ 161 Segurana Intrnseca............................................................................................................................. 162 Bibliografia............................................................................................................................................... 163 Instrumentao e Controlepag. 4 1. Conceitos Instrumentaooramodaengenhariaque tratadoprojeto,fabricao,especificao, montagem,operaoemanutenodos instrumentosparamedioecontroledas variveis de processo industrial. Um processo , em geral, uma instalao ou um localondesointroduzidosmaterial,energiae insumos,quesoprocessadosparaseobterum produtofinaldequalidade,almderesduose efluentesaseremdescartados,tratadosou recicladosporoutroprocesso.Interessa-nos especialmenteoprocessocontnuo,ouseja, onde essas coisas acontecem continuamente. Asinformaesdoprocessoprecisamser adquiridasetransmitidasatumlocal confortvel, normalmente uma sala de controle, ondeoelementohumanopossatomaras deciseseinterferirnoprocessoparaatingiro seu objetivo, alm de consultar dados histricos e executar quaisquer aes sobre o sistema. Aqualidadedoprodutoinclui,nosassuas caractersticasintrnsecasparaconsumo,mas tambmoutrosaspectos,comocusto, quantidade,prazosdeentrega,seguranado homem e do equipamento, preservao do meio ambienteequalidadedevidadaspessoasque alitrabalhamouvivemnacomunidadeondeo processo est inserido.Asprincipaisfunesdainstrumentaoesto relacionadascomaqualidadeequantidadede produtos, fabricadoscom segurana e sem sub-produtosnocivos.Ocontroleautomtico possibilitaaexistnciadeprocessos extremamentecomplexos,impossveisde existirem apenas com controles manuais.Quantomelhoraqualidadedoproduto desejado,menoresdevemserastolernciasde suaspropriedades.Quantomenoratolerncia, maioranecessidadedeinstrumentospara medio e controle automtico. As quantidades das matrias primas, utilidades e produtos finais devem ser medidas e controladas parafinsdequalidade,balanodecustoedo rendimentodoprocesso.Osinstrumentos devemfazera indicao, registro,econtrolede modo contnuo e repetitivo. O Controle automtico economiza energia, pois eliminaosuperaquecimentodefornos, fornalhas,secadores,epermiteoperar equipamentos com o mnimo de desperdcio. Osinstrumentosgarantemefluenteslimpose inofensivos. Entradas:Sensoresdepresso,temperatura,nvel,vazo,pressotatos,temostatos,chaves,etc. Sadas: Atuadores,vlvulas decontrole,vlvulas solenide, variadoresde velocidade, posicionadores, contatores, etc. Sistema de Controle Indicao, Registro, Controle ProcessoInterface com o Operador MaterialEnergiaProdutoResduos e Efluentesfigura1.1 Instrumentao e Controlepag. 5 Osinstrumentosprotegemequipamentose vidas. Medirumconceitomuitoamplo.Todasas aes de mquinas ou dos homens com objetivo de obter um produto final adequado qualidade desejada, partem da medio. Medimosparaconhecervariveis,eapartir desseconhecimentoexecutarmosounoaes corretivas.Emgeral,medimosvariveisno nossoprocessoparaIndicar,Controlarou Registrar. Asfunesmaisimportantesdosinstrumentos so:Osensor,atransmisso,aconverso,a indicao,oregistro,ocontrole,oalarme,a computao analgica e a atuao manual. Agrandemaioriadainstrumentaose concentraemquatrovariveis:Presso, Temperatura,NveleVazo.Umapequena partesepreocupacomoutrasvariveis, especialmenteasanalticas(PH,umidade, condutividade,densidade,posio,movimento, anlise, etc.). Emgeral,nopossvelconheceravarivela ser medida, que no atravs de algum fenmeno fsicoouqumicoassociado.Daoconceitode Sensores, transdutores e transmissores. Sensoressoelementosbsicosdeinterface entreoprocessoeamedio,tambm chamados de elementos primrios. TransdutoreseTransmissoressoconceitos semelhantes.Transdutoressoelementos capazesdetransformarumadeterminada varivelemoutra,deoutranatureza.Os transmissoressocasosespeciaisde transdutorescujanaturezaeformadosinal gerado padronizada. Quantofunodosinstrumentospodemos classific-los como: Indicadores,soinstrumentosquesentema variveldoprocessoapresentamseuvalor instantneo.Ummanmetroumindicador local.Temosindicadoresdepainel,analgicos ou digitais. Registradoressoinstrumentosquesentem umaouvriasvariveisdeprocessoe armazenamseusvaloresempapelouem memriamecnicaoueletrnica,aolongodo tempo.Ostotalizadoressoconsiderados registradores. Transmissoresquesentemasvariveisde processoatravsdeelementosprimriose enviamsinaispadronizadosparaoutros instrumentoscomocontroladorese registradores. Computadoresanalgicos,queexecutam funesdeclculocomasvariveis,taiscomo extratoresderaizquadrada,linearizadores, integradores, etc. Elementosfinaisdecontrole,quemanipulam variveis,taiscomovlvulasdecontrole, vlvulassolenide,variadoresdevelocidade, etc. Controladoressoinstrumentosque,baseados numset-point(valordesejado),enviamsinaisa elementosfinaisdecontrolecomobjetivode fazer com que a varivelse iguale ou aproxime dele. No necessariamente de forma automtica: estaes manuais so tambm controladores. Comparadoressoumgrupodeinstrumentos queemitemsinaisdigitais(tudoounada) quando suas variveis medidas estiverem acima ouabaixodevalorespr-determinados.Como exemplo, os pressostatos, as chaves de nvel, as chaves de fluxo e os termostatos. Ossinaiseltricosenviadospeloselementosde campoobedecemumadeterminada padronizao, que tem as suas vantagens. Campo Painel 4-20 mA Fonte 24V Transmissor a 2 fiosInstrumento Receptor Fig. 1.2 Instrumentao e Controlepag. 6 Os sinais analgicos (presso, vazo, nvel, etc.) sotransmitidosdocamposobaformade corrente. O padro dos sinais de corrente 4-20 mA, isto , quando a varivel est no seu limite inferior, a corrente vale 4 mA, e quando est no seu limite superior, 20 mA. Ousodacorrenteaoinvsdatenso proporciona maior imunidade a rudos. O valor inferior no zero por alguns motivos: Ainformaodezerodesinalnopodeser confundidacomacondiodecondutores partidosouausnciadeenergiaeltricano transmissor. Os transmissores a 2 fios necessitam de uma correntemnimaparaaliment-los,mesmo com a varivel igual a zero. Transmissoresa2fiosutilizamosmesmos condutores que os alimentam para enviar o sinal aopainelousistemadecontrole.Ouseja,so instrumentoseltricosquesecomportamcomo carga:consomemcorrentequevariade4a20 mA, em funo do valor da varivel medida. Ostransmissoresa4fiosrecebemalimentao externa(porexemplo,110Volts)eenviamo sinal da varivel atravs de outro par de fios. Ostransmissoresquenecessitamdegrande potnciaeltricaparafuncionarsosemprea4 fios.Comoporexemplo,ostransmissoresde vazomagnticoseostransmissoresdePHe condutividade. Ossinaisenviadospelostransmissoresnotem seu valor alterado quando h variao de tenso dealimentaodentrodelimitespr-definidos. Emgeral,ostransmissoresa2fiosso alimentados com tenso que pode variar de 12 a 36Volts.Datensodafonte,deveser descontadaaquedadetensonoscabosena impedncia de entrada do receptor. Atualmenteestoemdesusoosinstrumentos chamadosdepaineloudiscretos.Para executarasfunesdosinstrumentoscitadas soutilizadosequipamentoseletrnicosde processamentodedadoscomoControladores Programveis e computadores de processo, onde asfunessoimplementadascomoprogramas (software) e no fisicamente. Tambm a comunicao entre os instrumentos e osistemadecontroleestevoluindodaforma analgicaparaaformadecomunicaodigital, utilizando um protocolo (rede de campo)serial, quepermiteasuaconexoemrede, economizando cabos eltricos. Masoprotocolodecomunicaoaindamais usadoaindaoanalgico(emcorrente4-20 mA,mV,etc.),poisumsistemapadronizado quetornacompatveisinstrumentose equipamentos de diversos fabricantes. Acomunicaodigital(redesdecampo)ainda estseiniciandoeesbarrandoexatamenteno problemadapadronizao.Vriosfabricantes temseuprpriosistema,oquetornadifcil interligarequipamentosdediversosfabricantes semgastartempoedinheironaintegraoe compatibilizao,ousejafaz-losconversar entre si. Umasoluointermediriaaindaamais usada:Umaunidaderemotadeaquisiode dados instalada no campo, prximo aos grupos de instrumentos, recebem seus sinais analgicos convencionaisetransmitemaosistemade controlelongnquoatravsdeumnicoparde fios ou fibra tica em protocolo serial. Campo Painel 4-20 mA Transmissor a 4 fios Instrumento Receptor 110 Vac Fig. 1.3 Instrumentao e Controlepag. 7 IP-+ - +- +INOUT- +Fonte de Alimentao 4 - 20 mAControlador PROCESSO PAINEL Figura 1.4 Interligao de InstrumentosInstrumentao e Controlepag. 8 Controladores Lgicos ProgramveisPLC

Umdosequipamentosmaisdifundidoshoje pararealizarastarefasrelacionadascomo controleautomticosoosPLC(Controladores Lgicos Programveis)OsPLCsomicrocomputadoresdepropsitos especficosdedicadosinicialmenteparao controledesistemascomentradasesadas binrias(dedoisestadosapenas:ligado- desligado,alto-baixo,etc.);porm,hoje, devido a seu sucesso em todas as indstrias, tm adquirido muita mais fora para tratar de outras funes com alta confiabilidade, como o caso detratamentodesinaisanalgicas,controle continuo multi-variveis, controle de posio de alta preciso, etc.OcartermodulardosPLCpermiteadequaro controladorparaqualqueraplicao,jqueo projetistaespecificas o nmero de mdulos e acessrios que precisa de acordo com o nmero de entradas e sadas , e funes especificas, que requeroprocessoasercontrolado,tendoque pagar o preo justo para cada aplicao.OutracaractersticaimportantedosPLC consistenaflexibilidadedadapela programao,quepermiteseraplicadoem qualquertipodeprocessoemudarrapidamente asfunesatravsdoprograma,semmexerna instalao.figura 1.5 PLC no Controle e Processos Aslinguagensdeprogramaodesenvolvidas paraosPLCsofundamentalmente representadosdetrsformas:redesdecontatos (similaraosesquemaseltricosderelese contatores),blocosfuncionais(similaresaos esquemas de circuitos digitais: AND, OR, XOR, etc.)eemlistade instruesmnemnicas (similaresaosprogramasescritosem assembler);sendoassimforambemaceitospor tcnicosemmanutenonoenvolvidos nem treinadoscom tcnicasdeprogramao avanada de computadores.Cabedestacaravantagemqueintroduzemos PLCscomareduodotamanhodosarmrios de controle e a diminuio de falhas, permitindo mudarossistemasdecontrolearelese contatorescomummenorcusto deinstalao e manuteno. O uso de Sistemas de Controle Distribudo com SupervisoDigitalCentralizada(SCADA), hojeconstituiatcnicamaisatraenteparaa maioria dos sistemas de controle industrial. Sistemas SCADA OssistemasdotipoSCADApossuemvrios nveisparaotratamentodainformaodo processo,cujonmeroecomplexidadeda estruturadependedaaplicaoegraude automao desejada para cada caso.AestruturadosSistemasSCADAconcebida emformapiramidal,comosemostranafigura 1.6.No Primeiro nvel(maisprximo do processo) aparecemosdispositivosdecampo (transmissores,vlvulasautomticas,etc.).Eles temamissodeelaborarossinais representativosdasmediesdediversas variveisdoprocesso,paraserenviadasa distncia,ouatuamsobreosmecanismose equipamentos do processo, segundo os sinais de controle recebidos .OsPLCsoucontroladoresdigitais,situadosno segundonveldeautomao,soencarregados de efetuar o controle das variveis do processo e trocarinformaes,atravsderedes de comunicao, entre eles e com o computador. Ocomputador monitoraocomportamentodo sistemausandoumsoftwaredesupervisoe controle,dedicado a atualizar em tempo real as Informaes na tela, emitir relatrios peridicos paraaoperao, modificar parmetrosdos controladores,avisardaexistnciadefalhase recomendaroquefazer.Destamaneira,o computadorrealizaafunodesupervisor assessor. MQUINA OUPROCESSO INDUSTRIALSENSORES,CHAVES,BOTOEIRAS,ETC.ATUADORESCPInstrumentao e Controlepag. 9 fig. 1.6 SISTEMA DE CONTROLE DISTRIBUIDO TIPO SCADA Emindstriasdegrandeporteprecisa-sede nveissuperioresparaogerenciamentototaldo processo,ondeseenlaamatravsderedesde alta velocidade de comunicao os supervisores dasdiferentesreasdoprocesso(exemplo: caldeiras,compressores,geradores,etc.), levandoasInformaesvitaisatosdiversos setores de gesto, enlaando-se com as reas de projetos, compras, vendas,etc; no novo conceito de Sistemas de Gesto Empresarial Integrados.Naatualidadeestsendomuitoaplicadoo conceitodefieldbus,queconsistenautilizao de dispositivos inteligentes enlaados atravs de ummeiofsico(fios,fibraticaourdio comunicao)queconduzema informao digitalizadaformandoumaverdadeiraredede campo. AutilizaodatecnologiaFieldbuspermite diminuir os custosdefiao,instalaoe manuteno.Existemduasvariantesdesistemasna implantaoderedesdecampo,quepodemser distinguidas como: comunicao entre unidades remotasedecomunicaodiretaentre dispositivos. Nafigura1.7aparecemrepresentadasas diferencias entre a fiao paralela tradicional (4 a 20 mA ), onde precisa deum par de fios para unircadadispositivodecampocomo controlador (a), e a comunicao atravs de uma rededecampocomcomunicaodiretaentre dispositivos (b). Observeque,nocasodatecnologiatradicional, precisoautilizaodeumpardefiospara ligarcadadispositivodecampo(vlvulas, conversores,transmissor,etc)comopainelde controle;sendoopaineldecontrole centralizado, instalado normalmente prximo da saladecontrole,pode-seencontraraalgumas centenasdemetrosdemuitosdispositivosde campo,oqueimplicaemumemaranhado sistemadegalerias,bandejas,eletrocalhase eletrodutos para acomodar a fiao . Nocasodatecnologiadecomunicaodireta comosdispositivospodemosencontrarvrios dispositivos(transmissores,conversores, vlvulas de controle proporcional, inversores de freqncia, etc) ligados atravs de um nico par de fios tranado, se comunicando, atravs de um protocolodecomunicaodigitalpreparado para esta finalidade, entre eles e com a CPU do PLC. Neste ltimo caso, encontramos cartes de comunicaonorackdoPLC,nolugarde cartesdeentradasesadasanalgicas.Os sinaisdigitaispodemserligadosatravsde cartesdeentradaesadadigitalinstaladosno rackdoPLC,emunidadesremotasde comunicaodeI/O(entradasesadas)ouem PLCs instalados em outros painis prximos dos equipamentos de campo. Instrumentao e Controlepag. 10 fig. 1.7 Field-bus e tradicional Existemvriosprotocolosdecomunicao utilizadosemaplicaesdestetipo.Osmais utilizadosso:FIELDBUSFUNDATIONeo PROFIBUS.Cadaumdelescomassuas particularidades.Essasparticularidades,aliadasdificuldadede padronizaotemlevadomuitosusuriosano optarem por redes de campo. O nmero de dispositivos que pode ser ligado a cadarede(dadaporumpardefios)fica limitadopeladistnciafsica,velocidadede transmissoenmerodeblocosdeprogramas necessrios,quedeterminamafreqnciade refrescamento dos dados na rede.Essenmero,normalmente,inferiora30 dispositivos analgicos. Varias redes podem ser ligadasacadarackdePLC.Algunscartes possuem mais de um canal de comunicao. Distnciasde,at2.000mpodemser alcanadas por estas redes sem dificuldades. Umatcnicamaisutilizadaatualmentenos sistemasdecontrolebaseadanautilizaodeestaesremotasdecomunicaoparaentradase sadas, analgicas e digitais.Utilizam-sevriasunidadesremotasde comunicaoserial,muitasvezesconhecidas comocabeasderemotas,acopladascom algunsmdulosdeentradasesadas,instaladas empainisprximosaosdispositivosde campo. Em muitos casos, as cabeas de remotas, a pesar de inteligentes, apenas processam e controlam a comunicaodedados;ficandoo processamentodosmesmosacargodaCPUdo PLC.Vriasestaesdecomunicaoremotapodem serligadasatravsdeummesmopardecabos, trocandocontinuamentedadoscomaCPUdo PLC. Na figura 1.8 se mostra a arquitetura tpica deste tipo de sistema. MuitasCPUsdePLCsuportamainstalaode vrioscartesdecomunicaonorack,detal forma que possvel distribuir todas as entradas esadasnocampo.Outroscartesdeentrada e/ousadapodemserinstaladosnorack principal, se for necessrio. Onmerodeestaesdeentradasesadas( I/O)remotasquepodemserligadasemcada trechoderede,avelocidadedecomunicao digitaleasdistnciasmximaspara comunicaodependedasparticularidadesdo modelodoscartesutilizadospara comunicao, I/O, racke CPU; tanto quanto da capacidade dos cartes de I/O utilizados. Instrumentao e Controlepag. 11 CPUDispositivos de Entrada / sadaDispositivos de Entrada / sadaDispositivos de Entrada / sada Remota 1Remota 2Remota n Rede1 PLC Figura1.8 Interligao em rede Instrumentao e Controlepag. 12 2. Presso Apressoresultadodaenergiapotencial aplicadaem,oucontidaporumfluido.a medidadaforaporunidadedereaexercida sobre a superfcie em contato com o fluido. ApressoPdeumaforaFdistribudasobre uma rea A definida como: AFP = Aunidadeelementardepressooficialmente aceitapeloSistemaInternacionaloNewton por metro quadrado (N/m2), denominada Pascal (Pa).Porexemplo,umapessoademassa80kg, apoiadasobreumasuperfciede1metro quadrado far com que essa superfcie provoque umapresso,seaforaestiverigualmente distribuda sobre a rea, de: Pams m kgAmgP 5 , 7841/ 80665 , 9 8022== = Consideradaaaceleraodagravidadede 9,80665 m/s2. Precisamos medir a presso para: Proteger o equipamento Proteger as pessoas mediroutravarivelporinferncia(vazo, nvel, etc.) Determinaraqualidadedoproduto(ar comprimido, vapor, etc.). Presso Absoluta Pressomedidaapartirdovcuoouzero absoluto. Zeroabsolutorepresentaatotalausnciade pressooutotalausnciadequalquerfluido confinado. Comonohpossibilidadedeexistir quantidadedefluidonomeioinferiorazero, no existe portanto presso absoluta negativa ou inferior a zero. Presso Atmosfrica a presso exercida pela atmosfera da terra.oresultadodopesodacolunadegasesque compemaatmosferadoplaneta,naqual estamosmergulhados,exercidaemtodasem todas as direes. Apressoatmosfricapadrovale101.325Pa absoluto.Essaapressoaproximadaaonvel domar.Apressoatmosfricaportantouma medida de presso absoluta. Ovalordapressoatmosfricadiminuicomo aumento da altitude. Na famosa experincia de Torricelli, ele encheu totalmente um tubo com mercrio e o embocou numrecipientecheiocommercriono permitindoquenenhumaquantidadedear penetrasse pelo tubo na sua manobra. Foiobservadoqueolquidodesceuatuma alturade760mm.Naregiovazianotopodo tubofoiformadoumvcuoabsoluto,jque nenhum ar penetrou pelo tubo. Opesodacolunademercrionodesceu porquepermaneceusustentadapelapresso atmosfricaexercidasobreasuperfciedo lquido no recipiente. Ficouentodefinidoqueapressoatmosfrica aquela necessria para sustentar o peso de uma coluna lquida de mercrio altura de 760 mm. Seamedidadocomprimentofoiperfeitaou 760 mm Presso atmosfrica Fig. 2.1 15 metrosRetirando gua de um reservatrio alto pelo mtododosifo.Serpossvelretirartodaaguadoreservatrio?Fig. 2.2 Instrumentao e Controlepag. 13 no, a presso atmosfrica padro passou a ter a medida de 760 mmHg e no depende da rea ou formato do tubo ou do recipiente. Seaexperinciativessesidofeitacomgua,a alturadacolunaseriade760x13,59508= 10332mm,ousejamaisdedezmetros. 13,59508 a densidade do mercrio em relao gua (a 4oC). SeaexperinciativessesidofeitanaLua,por exemplo, todo o mercrio do tubo desceria at o nvel zero. Poressemotivonenhumabombanoplaneta terrapodepuxarguadeumreservatrio baixo, a uma altura superior a 10 metros da sua superfcie: mesmo que a bomba promovesse um vcuo absoluto na tubulao, a gua no subiria maisquecercade10metros.Nessescasos devemosusarbombassubmersasounomesmo nvel da gua. Presso Baromtrica apressoatmosfricamedidanum determinadolocaldeinteresse.Obarmetro uminstrumentodemedirapressoatmosfrica local.Apressobaromtricatambmuma presso absoluta. OtubodaexperinciadeTorricellium barmetro. Presso Manomtrica Aparceladapressoacimadapresso atmosfrica.Representaadiferenapositiva entreapressomedidaeapressoatmosfrica nolocal.Podeserconvertidaempresso absoluta,apenassomandoovalordapresso atmosfrica local: Absoluta a atmosfric a manomtric = + Apressomanomtricatomadaaoarlivre semprezero.Portanto,emaltitudesdiferentes, ummesmovalordepressomanomtrica representar condies fsicas diferentes. Presso Diferencial adiferena demagnitude entre duas presses quaisquer.Consequentemente,apressoabsolutapodeser considerada como uma presso diferencial onde apressoderefernciaovcuoabsoluto.Da mesmaforma,apressomanomtricapodeser consideradacomoumapressodiferencialque toma a presso atmosfrica como referncia. Presso Hidrosttica Apressoabaixodasuperfciedeumlquido, resultantedopesodacolunadolquidoquese encontra acima. Apressohidrosttica particularmentetil na medio de nvel. Numreservatrio qualquer(regular)cuja readabasevaleS, cheiocomumnvelh deumlquidocujamassaespecfica, podemos afirmar que: Ovolumedolquidoareadabase multiplicada pela altura: V=Sh Amassadolquidoovolumemultiplicado pelo sua massa especfica: m = Sh Presso atmosfrica Zero absoluto Presso absoluta Presso Manomtrica Presso atmosfrica Presso diferencial Vcuo Fig. 2.3 h Fig. 2.4 Instrumentao e Controlepag. 14 Opesodamassadolquidocorrespondeao produto da massa pela acelerao da gravidade: P = Shg Eapressoresultante,chamadadehidrosttica ser esse peso dividido pela rea : SgShP= Eliminando a rea S, obtemos: P=gh Ouseja,apressohidrostticanodependeda rea do reservatrio, e sim somente da altura da coluna do lquido. Intuitivamentepodemosafirmartambmquea pressonodependedaformadoreservatrio: Doisreservatriosdeformatosdiferentes, quandointerligadospelasuabasemantmo mesmonvelpeloprincpiodevasos comunicantes (fig. 2.5).razovelsuporqueapressonabasede ambos,ouemqualquerpontodemesmaaltura sejaamesma.Casonoofossehaveria escoamentodolquidodeumparaooutroeos nveis resultariam diferentes. Utilizando a coerncia do Sistema Internacional, se tomamos o comprimento em metros, a massa especfica em kg/m3 e a acelerao da gravidade emm/s2,obteremosapressohidrostticaem N/m2 ou Pascal. P = gh = [kg/m3] x [m/s2] x [m]Pa Presso Esttica Aforaporunidadedereaexercida perpendicularmenteparededeumatubulao porumfluidoqueescoanadireoparalela sua parede.Correspondepresso,isentadeinflunciasda velocidade,senasmesmascondiesofluido estivesseemrepouso,jquenohvetoresde velocidade perpendiculares parede. Por esse motivo devemos tomar uma amostra do fluidocomobjetivodemedir-lheapresso, perpendicularparedeerentesuperfcie(fig. 2.6). Avelocidadejuntoparede,noseulimite, nula, j que a parede no se move, e cresce com a aproximao do centro da tubulao. Vcuo Presso abaixo do valor da presso atmosfrica. Amedidadevcuoreferenciadapresso atmosfricaeinferioraela.Corresponderiaa grossomodo,aumapressomanomtrica negativa. Porexemplo,seapressoatmosfricade 100.000Pa,umapressode80.000Pa corresponde a um vvuo de 20.000 Pa. Noexistevcuodemagnitudesuperior pressoatmosfricanolocal,jquenoexiste presso absoluta negativa. Se a presso atmosfrica local de 720 mmHg, entoomaiorvcuoquepodeserobtidode 720 mmHg figura 2.5 tomada correta tomada incorreta Fig. 2.6 Instrumentao e Controlepag. 15 Unidades de Medida de Presso Pascal aunidadefundamentalaceita internacionalmentecomounidadeoficialde presso. Como j foi dito corresponde a 1 N/m2 (Newton por metro quadrado). OPascalumaunidademuitopequena. costume utilizar o KPa (quilopascal = 1 000 Pa) ou o MPa (megapascal = 1 000 000 Pa). Bar Umbarcorrespondea100000Paou100kPa. aceita(tolerada)peloSI,masno recomendada. muito comum o uso do milibar (mbar) que corresponde a um milsimo de bar. Psi Correspondeaumalibra-foraporpolegada quadrada.Muitoutilizadaempasesdelngua inglesa. No sequer tolerada pelo SI. Corresponde a 6 894,757 Pa. Kgf/cm2 Correspondeforade1kgfdistribudasobre uma rea de 1 cm2. Corresponde a 98.066,50 Pa. Observearelaocomaaceleraoda gravidade normalde9,80665m/s2,oque no por acaso. mmHg Milmetrodemercrio.Apesardeseruma unidade de comprimento, podemos dizer que a pressonecessriaparasustentaracolunade mercrio correspondente. 1mmHgcorrespondea133,3222Pa.Amassa especficadomercrioconsideradaa0oCe pressoatmosfricade101.325Pacomosendo igual a 13.595,08 kg/m3. Comoest-sereferindoaopesodacoluna, considera-seaaceleraodagravidadepadro de 9,80665 m/s2. mmH2O Milmetrodecolunadegua.Corresponde pressonecessriaparasustentaracolunade gua correspondente. 1mmH2O(oummca)equivalea9,806650Pa. A massa especfica da gua considerada a 4oC epressoatmosfricade101.325Pacomo sendo igual a 1.000,000 kg/m3. possvelencontrarometrodecolunade gua(mca). Naturalmente corresponde a 1000 mmca. Comoest-sereferindoaopesodacoluna, considera-seaaceleraodagravidadepadro de 9,80665 m/s2. Em alguns casos utiliza-se o mmH2O a 20oC, ou seja,utilizandoamassaespecficadaguaa 20oC.Existeumapequenadiferenaentreo mmH2O a 4oC e o mmH2O a 20oC. atm Uma atmosfera corresponde a 101.325 Pa. Outras Unidades: Outrasunidadesderivadascomoapolegadade gua, a polegada de mercrio, o metro de gua, o p (ft) de gua, libra por p quadrado, o Torr e outrasdevemserevitadas.Assuascorrelaes podemserdeduzidasoupesquisadasna literatura. Instrumentao e Controlepag. 16 Correspondncias entre as unidades de medida de Presso 1 Pa =10,000 010 0000 00,000 145 037 70,000 010 197 160,007 500 6270,101 971 6 1 bar =100.000,0114,503 771,019 716750,062 710.197,16 1 psi =6.894,7570,068 947 5710,070 306 9651,715 00703,069 6 1 kgf/cm2 =98.066,500,980 665 014,223 341735,506 210.000,00 1 mmHg =133,32220,001 333 2220,019 336 750,001 359 508113,595 08 1 mmH2O =9,806 6500,000 098 066 500,001 422 3340,000 100 000 000,073 556 021 1 atm =101.325,01,013 25014,695 951,033 227760,000 010.332,27 Pabarpsikgf/cm2mmHgmmH2O Obs.: Gravidade terrestre normal: 9,80665 m/s2 Massa especfica do mercrio a 0oC e presso atmosfrica de 101.325 Pa: 13.595,08 kg/m3 Massa especfica da gua a 4oC e presso atmosfrica de 101.325Pa: 1.000,000 kg/m3 Fatores de Converso para Unidades de Medida de Presso 0,000 01bar0,000 145 037 7psi Multiplicar Pa por0,000 010 197 16Para Obterkgf/cm2 0,007 500 627mmHg 0,101 971 6mmH2O 100.000Pa 14,503 77psi Multiplicar bar por1,019 716Para Obterkgf/cm2 51,715mmHg 10.197,16mmH2O 6.894,757Pa 0,068 947 57bar Multiplicar psi por0,070 306 96Para Obterkgf/cm2 51,715mmHg 703,069 6mmH2O 98.066,5Pa 0,980 665 bar Multiplicar kfg/cm2 por14,223 34Para Obterpsi 735,506 2mmHg 10.000mmH2O 133,3222Pa 0,001 333 222bar Multiplicar mmHg por0,019 336 75Para Obterpsi 0,001 359 508kgf/cm2 13,595 08mmH2O 9,806 65Pa 0,000 098 066 5bar Multiplicar mmH2O por0,001 422 334Para Obterpsi 0,000 1kgf/cm2 0,073 556 02mmHg Obs.: Gravidade terrestre normal: 9,80665 m/s2 Massa especfica do mercrio a 0oC e presso atmosfrica de 101.325 Pa: 13.595,08 kg/m3 Massa especfica da gua a 4oC e presso atmosfrica de 101.325Pa: 1.000,000 kg/m3 Instrumentao e Controlepag. 17 Manmetros Manmetroadenominaogenricapara instrumentosdemedireindicarapresso manomtrica. Osmaissimplessoosmanmetrosdecoluna lquida,queseprestam,essencialmente, medida de presses baixas. O manmetro de coluna em U consiste num tubotransparentedobradonesseformato,e cheiocomolquidodereferncia,usualmente gua ou mercrio. Ofluidosobpressoconectadoemumadas extremidadesdoUcomonafigura2.7.Sea outra extremidade estiver aberta para atmosfera, apressosermanomtrica.Paramediode pressodiferencialasegundaextremidade dever estar conectada na presso de referncia. Se o fluido for gua, podemos ler a presso em mmH2Odiretamentemedindoocomprimento dadiferenaentreasduassuperfcies.Sefor mercrio,apressoserdadaemmmHg. Qualquerlquidopodeserusado,sendoo resultado calculado com a equao P=gh. Arigordeveremoscorrigiramassaespecfica do lquido em funo da temperatura ambiente e da acelerao da gravidade local. Umavariaoparamedirmosbaixaspresses acolunainclinada(fig.2.8),quenospermite melhorresoluonagraduaogravadana rgua graduada. Umaoutraconfiguraodacolunalquidaa coluna vertical com poo (fig. 2.9). Nessecaso,umreservatriocontendoolquido temvolumemuitosuperioraovolumequea colunapodeconter.Apressoaplicadano reservatrio e o lquido empurrado no sentido de subir na coluna. Podemosmedirocomprimentodacolunae obterapresso,damesmaforma,emmmH2O ou mmHg, dependendo do lquido utilizado. Porm,seamedidadecomprimentofeita metricamente, devemos corrigir o valor lido em funodarelaoentredimetrosdotuboedo reservatrio. Ovolumedelquidoqueabandonouo reservatrioo mesmoque ocupouacoluna, entoonvelno reservatrio deve descer ligeiramente.Comoo comprimentoa sermedidodeve ser tomado como adiferenaentre asduas superfciese, sendoo reservatrio opaco,no conhecemoso seunvelinterno,podemosconcluirquea medidadocomprimentoemrelaopresso zero(sempresso)estligeiramenteinferiorao correspondente verdadeira presso. Ofatordecorreopodeserfacilmente deduzido como sendo ||.|

\|+ =221DdFc quedevemultiplicarocomprimentolidopara obtermosovalorcorreto(dodimetrodo tubotransparenteeDodimetrodo reservatrio). Quandooequipamentofabricadopodemosa priori, corrigir a rgua calibrada, dividindo toda a sua escala pelo mesmo fator. Numinstrumentoadquiridodeumfabricante, poderemosverificarseaescalaestcorrigida medindo-a com uma boa trena. Presso Presso tomada em unidadedecomprimentodecolunado lquido utilizado Fig. 2.7 figura 2.8 Presso Fig. 2.9 Instrumentao e Controlepag. 18 Por exemplo, se o reservatrio tem um dimetro de 80 mm e o tubo visor 5 mm, o fator valer: 1,0039805122=||.|

\|+ =cFque,emdoismetros,porexemplo,provocar uma diferena de cerca de 8 mm, perfeitamente detectvel. Podemosmedirvcuocomumacolunadesse tipo.Paraisso,bastaraplicarapressonotopoda colunaeabrirparaaatmosferaaentradado reservatrio. Asmesmascorreesqueconsideramamassa especficaemfunodatemperaturaea aceleraodagravidadelocaldevemserfeitas. Parasermosrigorososdeveremostambm compensaradiferenadecoeficientesde dilatao do reservatrio e do vidro do visor. Seriavivelumacolunadeguaparamedir umapressoprximade1kgf/cm2?Esefor usadoomercrio?Calculeoscomprimentos necessrios. OManmetrodeBourdonomaisutilizado naindstria.Consistenumtuboelsticoem formadeCqueapresso,quandoaplicada, tendearetificar.Atravsdebraos,mancais, engrenagens e mola, o movimento transmitido a um ponteiro sobre uma escala. Aseleo do manmetroadequadoao processo comea pelos parmetros bsicos:Afaixadetrabalhoesuaunidadedepresso quedeveconsiderartambmapressomxima doprocessoe tambmasobrecargapossvelde ocorrer. O Dimetro do mostrador (mais comuns em 50, 100e200mm)eonmerodedivisesouo valor da menor diviso, em funo da adequada visualizao, exatido e resoluo da medida de presso. O tipo de conexo que pode ser reta inferior ou podeserposterior(natraseira).Tambma dimensoeroscadaconexo(maiscomum 1/2NPT). OmaterialdotubodeBourdonvisando basicamenteasuaresistnciacorroso.Os materiais maiscomuns so: OBronze fosforoso,o aoinox316, umaliga chamada monele outros.Veja aadequao decadaum dessesmateriaisnatabeladeresistnciados materiais corroso. Paraaplicaoemgasescorrosivos,lquidos muitoviscosos,quenteseincrustantes aconselhvel a utilizao de um selo diafragma, com enchimento (fig. 2.10). O mais adequado consultarofabricantesobreessesacessrios disponveis. Para instalao em vapor de gua a proteo do manmetro deve ser feita por um sifo ou rabo deporcoqueconsistenumtrechodetubo enrolado em uma volta na forma de espiral. Fig. 2.10 Fig. 2.11 Instrumentao e Controlepag. 19 Paraprocessosqueapresentamfortepulsao ouvibrao,recomenda-seoenchimentoda cmaradomanmetrocomglicerinaou halocarbono. Paracalibraodemanmetrospodemser utilizadas colunas lquidas para baixas presses, oubombasdecomparaooubalanasdepeso morto para altas presses. Abombadecomparaoconsistenumsistema cilindroepistocomumvolantepara pressurizaroleonocilindro.Ummanmetro derefernciadeboaqualidade,calibradoe controladoinstaladoemumdosladosda bomba. Omanmetrosobcalibraoinstaladona outraextremidade.Omovimentoderotaodo volantepressurizaroleonointeriordo sistema,aplicandoamesmapressonosdois manmetrosquepodemsersuasleituras comparadas. Abalanadepesomortoconsistenumsistema muitosemelhante,ondeomanmetrode refernciasubstitudoporumcilindroque contmumpistoquesuportapesosde diferentesvalores.Nessecaso,ovolanteser movidodeformaapressurizarosistemae levantaropesoatumaalturaintermediria (esquema do desenho). Como a rea do cilindro conhecida e os pesos socorretosecertificados,apressoserdada pelo valor dos pesos dividido pelo valor da rea. Tambmparasermosrigorososnecessitamos levaremconsideraestodasasinflunciasou incertezasrelativasaceleraodagravidade local,areadocilindroesuavariaocoma temperatura,oempuxodoaremfunodesua massaespecfica,aincertezadosvaloresdos pesos que devem ser certificados e os critrios e procedimentos adotados. fig. 2.13 Bomba de comparao mbolo Cilindro Volante Barra roscada Reservatrio de leo Manmetro sob teste Pisto Pesos Fig. 2.12 Instrumentao e Controlepag. 20 Folha de Dados para manmetros (tpica) TAGPI-101PI-102PI-103 SERVIO Presso de Ar de Diluio Geral Presso BFG GeralPresso GLP GeralLinha Nmero Classificao da reano classificadano classificadano classificada InvlucroNema 4Nema 4Nema 4 Material do Corpo Conexes de Entrada1/2NPT reta1/2NPT reta1/2NPT reta Presso difer./manom.ManomtricaManomtricamanomtrica Tipo do sensorBourdonBourdonbourdon Material do sensorAo InoxAo InoxAo Inox Range0-1000 mmca0-2000 mmca0-5 kgf/cm2 Nmero de divises504050 Dimetro do Mostrador100 mm100 mm100 mm

Acessrios de fixaoNonono Dispositivo de SelagemNonono FluidoAr de DiluioGs de Alto FornoGLP Temperatura30oC30oC30oC Presso Nominal500 mmca900 mmca150 kPa Dimetro tubulao881.1/2 Peso Especfico1,3 Kg/Nm3 1,3 Kg/Nm3 1,99 Kg/Nm3 Modelo/Fabricante:Willy,Aschroft, Wikaou similar Obs. Instrumentao e Controlepag. 21 Pressostatos Pressostatossochavesacionadasporpresso cujoobjetivofornecerumcontatoeltricoao sistema de controle que ser usado como alarme ou deciso pelo intertravamento e segurana. O elemento sensor transforma a presso em um movimentoqueacionaumcontatoeltrico.O elemento sensor pode ser um bourdon, como os manmetros, para altas presses, ou diafragmas ou foles para baixas presses. O contato eltrico pode ser um micro-switch ou umaampolademercrio,oumesmoagulhas deslocadas pelo elemento sensor. Ospressostatospodemserusadosparaalarmes dealtapresso,oudebaixapresso.Paraos alarmesdealtapressoutilizamos habitualmenteocontatonormalmentefechado (fechadoquandonohpresso)eparaosde baixa presso utilizamos o contato normalmente aberto (aberto quando no h presso).Esseprocedimentopermitequeacondiode falha(alarme)ocorrasemprequandoocontato seabre. A ruptura doscondutoreseltricos, por segurana, interpretada como falha. Ospressostatospodemserconstrudospara detectarpressoabsoluta,manomtricaou diferencial.Ospressostatosdiferenciais, naturalmente possuem duas entradas de presso, eaatuaodocontatosedemfunoda diferena de presso entre as duas entradas. O ponto de ajuste a presso que atua a chave. A faixa ajustvel a faixa de presso dentro da qual pode estar localizado o ponto de ajuste. Napressoascendenteopontodeatuaode umpressostatodiferentedopontoderearme quandoapressodescendente,ouseja,do pontoemqueocontatoretornacondio anterior. A diferena entre o ponto de atuao e opontoderetornochamadadefaixamorta, banda morta ou histerese. A calibrao ou ajuste de pressostatos se faz da mesmamaneiraqueadosmanmetros.Em geralexistemparafusosouporcasaserem utilizados para alterar o ponto de atuao. Paraespecificaropressostatos,deformageral necessitamosinformaraofabricanteofluido,a pressodetrabalho,apressomximaem sobrecarga,ahisterese,aconexocomo processo(rosca),ocontatoeltrico(1ou2 contatosSPDT),aconexoeltrica(1/2ou 3/4NPTp.ex.),acapacidadedocontato (tensomximaecorrentemxima)eotipode invlucro (uso geral, prova de tempo, prova deexplosocomClasse,grupoediviso, prova dgua, proteo conforme IP, etc.). Ainstalaodospressostatosexigeosmesmos cuidados dedicados aos manmetros. Fig. 2.14 figura 2.15 Instrumentao e Controlepag. 22 Folha de Dados para Pressostatos (tpica) TAGPSL-103PSL-104PSH-106 SERVIO Baixa Presso GLP GeralBaixa Presso Ar de Combusto Geral Alta Presso GLP para piloto Geral Linha Nmero Classificao da reano classificadano classificadano classificada InvlucroNema 4Nema 4Nema 4 Material do Flange Material do Corpo Conexes de Entrada1/2NPT1/2NPT1/2NPT Conexo Eltrica1/2NPT1/2NPT1/2NPT Presso difer./manom.manomtricamanomtricaManomtrica Tipo do sensordiafragmadiafragmaDiafragma Material do sensorInoxInoxInox Range0-5 kgf/cm2 2-20 kPa2-20 kPa Atuao1 kgf/cm2 300 mmca1000 mmca Retorno1,20 kgf/cm2 350 mmca1100 mmca Contato1 SPDT1 SPDT1 SPDT Capacidade do contato250V 10A250V 10A250 V 10A Acessrios de fixaoNonoNo Dispositivo de SelagemNonoNo FluidoGLPAr de CombustoGLP Temperatura30oC30oC30oC Presso Nominal150 kPa500 mmca300 mmca Dimetro tubulao181/2 Peso Especfico1,99 kg/Nm2 1,3 Kg/Nm3 1,99 kg/Nm3 Modelo/Fabricante: Dresser, Aschroft,Krom Schroderou similar Obs. Instrumentao e Controlepag. 23 Transmissores de Presso TransmissoresdePressosoelementosque sentem a presso e geram um sinal padronizado asertransmitidoaossistemasdecontrole, registro e indicao. Emgeralostransmissoresdepressoutilizam clulascapacitivasondeapressoalteraa capacitncia de uma cpsula inserida entre duas cmaras preenchidas de lquido de selagem. Outrotipodesensorostrain-gaugequeum elementomecnicoquevariaovalordesua resistnciaeltricaemfunodapresso exercida sobre sua rea. Sensores piezoeltricos tambm so utilizados. Asadadessessensoressotratadase amplificadas por circuitos eletrnicos para gerar o sinal padronizado.Ostransmissoresdepressodiferencial possuem duas tomadas de processo e o seu sinal proporcionaldiferenadaspresses aplicadas. So muito usado em medio de vazo e nvel. Tipos Capacitivos Aprincipalcaractersticadossensores capacitivosacompletaeliminaodos sistemasdealavancasnatransfernciada fora/deslocamento entre o processo e o sensor. Estetipodesensorresume-senadeformao, diretamentepeloprocessodeumadas armaduras do capacitor. Tal deformao altera o valor da capacitncia total que medida por um circuito eletrnico. Estamontagem,seporumlado,eliminaos problemasmecnicosdaspartesmveis,expe aclulacapacitivasrudescondiesdo processo,principalmenteatemperaturado processo.Este inconveniente podesersuperado atravsdecircuitossensveisatemperatura montados juntos ao sensor . Outracaractersticainerenteamontagem,a faltadelinearidadeentreacapacitnciaea distnciadasarmadurasdevidodeformao nolinear,sendonecessrioportanto,uma Fig. 2.16 Fig. 2.18 Fig. 2.17 Instrumentao e Controlepag. 24 compensao(linearizao)cargodocircuito eletrnico . Osensorformadopelosseguintes componentes : Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido Dieltricoformadopeloleodeenchimento( silicone ou fluorube ) Armadura mvel ( Diafragma sensor ) Umadiferenadepressoentreascmarasde alta(High)edebaixa(Low)produzumafora nodiafragmaisoladorquetransmitidapelo lquido de enchimento .Aforaatingeaarmaduraflexvel(diafragma sensor)provocandosuadeformao,alterando portanto,ovalordascapacitnciasformadas pelas armaduras fixas ea armadura mvel . Esta alteraomedidapelocircuitoeletrnicoque gera um sinal proporcional variao de presso aplicadacmaradacpsuladepresso diferencial capacitiva . Tipo Piezoeltrico Os elementos piezoeltricos so cristais, como o quartzo,aturmalinaeotitanatoqueacumulam cargaseltricasemcertasreasdaestrutura cristalina,quandosofremumadeformao fsica,poraodeumapresso.Soelementos pequenosedeconstruorobusta.Seusinalde resposta linear com a variao de presso, e implementadocomopartedeumcircuito oscilador em alta frequncia. Especificao do Transmissor Primeiramentedevemosdeterminaranatureza dapressoasertransmitida:Pressoabsoluta, presso manomtrica ou diferencial. A faixa de operao do transmissor o segundo passo:Sodisponveisrangesdesdecercade 7kPaat40MPa.Arangeabilidade(regio dentrodaqualelepodesercalibrado)em geral de 5 a 15 vezes enor que o range. Porexemplo,umtransmissorde37Kpapode sercalibradonumrangede2,5at37kPa. Nessecasoovalordorangecorresponde diferenaentreovalorinferioreovalor superior: podemos calibrar, no exemplo, 0 a 2,5 kPa, 0 a 37 KPa, 10 a 25 kPa ou 2 a +2 kPa. Anaturezadosinaldesadaumainformao quedependerdosistemadecontrole.So disponveis,emgeral,4-20mA,10-50mAou 1-5V. A primeira (4-20 mA) a mais comum. Umacapacidadedecomunicaoserialpor protocolochamadohartnormalmente desejvel. Essa caracterstica permite que sejam usadosconfiguradores,quesopequenos computadoresdemo,que,quandoconectados aoinstrumentopermite,atravsdeuma interfaceamigvel,configurarosvrios parmetros do transmissor. Essesparmetrossoafaixadetrabalho,a calibrao (zero e span), a unidade de presso, a linearizaodosinal(extratorderaizquadrada ou outra), a forma da indicao local, etc. Osmateriaisutilizadosnaconstruodo transmissor,especialmentedaspartesmolhadas devemserobjetodeatenoemfunodo fluido e sua agressividade.Osflangeseosadaptadoresso,comumente, em ao carbono niquelado ou cadmiado. Podem ser fornecidos opcionalmente em ao inox AISI 316ouemHastelloyC(umaligaresistente corroso).Avlvuladedreno/ventquepermiteabrira cmaraparaumapurgaouporalgumoutro motivo, fornecida em geral em Ao inox AISI 316,podendotambmsersolicitadaem Hastelloy C. Odiafragmaumpontocrtico,poisalmde sersensvelmecanicamentepermaneceem contatodiretocomofluido.Parafluidos convencionais (gua, ar, gases no corrosivos) utilizado o diafragma em ao inox 316. Pode ser tambmfornecidoemHastelloy,Monelou Tntalo. OsanisOsoespecificados preferencialmenteemViton.Buna-Nou fluorocarbono so outras opes. O fluido de enchimento da clula , em geral, o silicone que deve ser incompressvel e de baixo coeficiente de dilatao com a temperatura. Anecessidadedealgunsopcionaisdeveser analisada: Fig. 2.19 Instrumentao e Controlepag. 25 Aplacadefixao(mountingbrackets)que permiteafixaodoinstrumentoempainelou em tubo de 2. Parafusosadicionais,manifoldeselosremotos so outros acessrios que podem ser necessrios instalao. Instalao de Transmissores Algunscuidadosdevemsertomadosna instalaodostransmissores,emfuno, principalmente,dofluidocujapressoser medida. Gases Em tubulaes de gs a principal preocupao comapresenadelquidoscondensadosque podempreencherotubodatomadadepresso produzindoefeitosindesejveisnaexatidoda medio. Paragases,preferencialmente,otransmissor deveserinstaladoacimadopontodemedio, paraqueolquidoeventualmentenose acumulenatomada.Atomadadepressodeve estar na parte superior da tubulao. Masnemsemprepossveltalconfigurao: emtubulaeselevadas,oumesmoquando desejamosinstalarotransmissoremumlocal afastado(devidotemperaturaambientepor exemplo). Nesses casos devemos caminhar com otubodesinalevitandosemprecurvasque sejam capazes de reter lquido e utilizar potes de condensao. Opotedecondensaoumtrechodetubo soldadonaformadeumpoteseladoquepode conterumvolumemaiordecondensadoe armazen-lo.Duranteintervenesde manutenopreventivadeveserdrenadopela vlvula de bloqueio instalada na sua sada. Outrasvlvulasdebloqueiopodemexistirna entradadotransmissorparafacilitara manuteno ou retirada do instrumento. Lquidos Atomadadepressoparalquidos,ao contrrio, deve ser instalada na parte inferior da tubulaoparaquesejaevitadooacmulode gasesnotubodesinal,quepodeprovocar instabilidadedamedio.Otransmissordeve estar abaixo da tomada. Otubodesinalnodevefazercaminhos tortuosos que permitam o acmulo de bolhas de gs. Damesmaforma,podenoserpossvelem tubulaesbaixas(renteaocho)ouinstalao em local afastado. Nesses casos, inclusive em funo de facilidade de acesso, podemos instalar o transmissor acima da tubulao e utilizar potes de dreno ou respiro pararetirareventualmenteoacmulodegases possvel.fig 2.21 -Instalao alternativa para gases Pote de condensaofig 2 22 Instalao preferencial para lquidosfig 2.20 Instalao preferencial para gases Instrumentao e Controlepag. 26 O pote de dreno ou respiro idntico ao pote de condensao.Adenominaoapenasuma questo de funo. Vapor Ainstalaoemlinhadevapornecessitade cuidadosespeciaispoisdevemosevitarqueo vaporatinjaotransmissordevidosua temperatura. Nessecaso,astomadasdevemser preferencialmentelateraiseotransmissordeve ser instalado em um ponto abaixo da tubulao. Devemserusadospotesdeselagemem distncia suficiente para baixar a temperatura do lquido de selagem.Olquidodeselagemsempreagua que ser mantida pela condensao do vapor. Essaconfiguraoproduzumindesejvelfator: acolunadeguadesdeonveldopoteat alturadotransmissorproduzumapresso hidrostticaquesesomapressodofluido. Mesmo que o vapor contido na tubulao esteja empressonula(zero),otransmissor enxergarumapressodiferentedezero, equivalente ao peso da coluna lquida. necessrio ajustar o transmissor para um valor de zero elevado. Para as presses convencionais devaporessevalorpodeserdesprezvel. Entretanto,umacolunade5metrosdegua produzumapressofalsadecercade0,5 kgf/cm2.umbomprocedimentozeraro transmissornacondiodepotedeselagem cheio. Nainstalaooupartidadaplanta,o instrumentistadevefecharavlvulade bloqueio, retirar o tampo no topo do pote de selagem,preenchertodootubodesinalcom guaatonveldatomadaouatolimite. Duranteesseprocesso,utilizando-sedavlvula dedrenoexistentenotransmissor,escoar alguma quantidade de gua por ele com objetivo de extrair bolhas de ar. Em seguida completar o nvel de gua, fechar o bujo, em geral roscado, e s a ento, abrir a vlvula de bloqueio da tomada de processo. Duranteaoperaonormal,emesmoem paradascurtasdalinha,nohnecessidadede verificaronveldegua:oprpriovaporda tubulaosercondensadoformandoacoluna de selagem. Vlvulasdebloqueiooualviojuntoao transmissornosoaconselhveis,poisa operaoincorretapodefazercomqueovapor expulsetodaaguadosistema,colocandoem fig. 2.24 Instalao preferencial para vapor Pote de selagem Nvelda gua Fig 2.25 Instalao alternativa para vaporPote de selagem Nveldagua fig. 2.23 Instalao alternativa para lquidos Pote de respiroInstrumentao e Controlepag. 27 riscoaintegridadedoinstrumento.Sefor retiradoparamanuteno,oprocedimentode encherosistemadeselagemprecisaser repetido. Umacolunadepelomenos2,5metrosdegua deselagemrecomendadaparagarantira reduo da temperatura no instrumento. Emtodososcasosdeinstalaode transmissores,ofcileseguroacessoaos instrumentos,vlvulasepotesdeveser privilegiado. Instrumentao e Controlepag. 28 Folha de Dados de Transmissores de presso (tpica) Tag: PT-1011Sada: 4-20 mA Servio: Presso de GLP Flanges e adaptadores: ao carbono Local: Linha de gs Diafragma de isolao: AISI 316 Fabricanter: Rosemount or similarAcessrio de montagem: plano p/tubo 2 Modelo: 1151GP 6S 52 B3 W2Invlucro: AISI 316 Range: 0-0,46..6,89 barManifold 3 vias : no Calibrao: 0 to 4 barConexes de processo: flange1/2 NPT Outras Caractersticas: Conexes eltricas: 1/2 NPT Anel O: Viton Presso esttica mxima: 1500 psi Comunicao: Hart Proteo: prova de exploso Cl.I Gr.D Div.2 VER.PORAPROV.DATA: REV.FOLHA DE DADOS TRANSMISSORES DE PRESSO DOC. N. REV. Instrumentao e Controlepag. 29 3. Temperatura Atemperaturaamedidadaenergianaforma decalorexistentenosmateriais.avarivel, certamente, mais intimamente ligada energia. Asunidadesutilizadasparaamedidade temperaturasoograuCelsius,ograu Farenheith e o Kelvin (K). Celsiusatribuiuovalordezerograuparao pontodecongelamentodagua,e100graus paraopontodeebuliodagua(presso atmosfrica padro). Kelvindeterminouapartirdeequaesda termodinmicaovalordezerograuabsoluto como sendo ausncia total de calor (-273,15 oC) etornouaescalacoerentecomaquantidadede energianecessriaparapassardeuma temperaturaaoutra,tomandocomobasea diviso da unidade de Celsius. Farenheitatribuiu32grausparaatemperatura dopontodefusodogeloe100grausparaa temperatura do corpo humano. recomendadaautilizaodoCelsiusedo Kelvin. A escala Farenheit no recomendada.Aequivalnciaentreessasunidadesest apresentada no quadro. 15 , 273 = K C( ) 3295 = F C 15 , 273 + = C K ( ) 67 , 45995+ = F K 3259+ = C F 67 , 45959 = K F Instrumentao e Controlepag. 30 Termmetros Ostermmetrossoinstrumentosdedicados medio e indicao da temperatura.Otipomaiscomumotermmetrode mercrio.Essetermmetropossuiumbulbo, queosensor,ligadoaumtubocapilar transparentecolocadosobreumaescala graduada. Adilataoprovocaoaumentodovolumedo lquidoqueocupaoespaodentrodotubo capilar. Essetipodetermmetro apresentamuitoboaexatido, pormasuafragilidade restringeseuuso principalmenteaoslaboratrios e oficinas. Otermmetrobimetlicoum instrumentomaisadequados nossascondiesdeprocesso. Baseia-senauniorgidade doismetaisdediferentes coeficientesdedilatao,que, quandosubmetidaaocalor, deforma-seproduzindoum movimentomecnicocapazde acionarumponteiroouum contato eltrico. O termmetro bimetlico helicoidal consiste em executarumamoladessematerial,que,pela construomecnicatendeaproduzirum movimentodetoroquetransmitidoatravs deumfioatoeixodeumponteiroquese move sobre uma escala graduada circular. Fig. 3.1 Fig. 3.2 Fig. 3.3 Instrumentao e Controlepag. 31 Termopares Paratransmitirasinformaesdeprocessoat ossistemasdecontroleousupervisomuito comum o uso de termopares. O termopar constitudo por dois condutores de natureza termo-eltrica diferente que so unidos nasuaextremidade,ondesesituaopontode sensoramento. A extremidade unida dos condutores chamada dejuntaquente,eaoutraextremidadedos condutores,ligadaaoinstrumentoreceptor (indicador, controlador, registrador ou carto de entradadoPLC)chamadajuntafriaoujunta de referncia. Quandoajunodosdoismetaisentraem contatocomocalorproduzidaumadiferena de potencial de alguns milivolts, cuja magnitude proporcionaldiferenadetemperaturaentre a junta quente e a junta fria. Seconectarmosummilivoltmetro extremidadedoscondutorespodemosmedir essatenso.Entretanto,seotermopareo milivoltmetro estiverem na mesma temperatura (ambiente) ser medido sempre zero. Poressemotivooinstrumentoquerecebeo sinal de um termopar deve ter prximo aos seus bornesumsensorlocaldetemperatura ambiente,e,aosinaldetensoprovenientedo termopardevesersomadaatenso (milivoltagem)correspondentetemperatura ambiente daquele termopar. Esse processo chama-se compensao da junta friaoucompensaodatemperatura ambienteesedeveaofatodequeatenso geradaproporcionaldiferenade temperatura entre as juntas, e no temperatura do processo. Os tipos mais comuns de termopares so: Tipo J: Ferro/Constant Tipo K: Cromel/Alumel Tipo T: Cobre/Constant Tipo E: Nquel-Cromo/Cobre-Nquel Tipo S: Platina-Rdio10%/Platina Tipo R: Platina-Rdio13%/Platina Tipo B: Platina-Rdio30%/Platina-Rdio6% Astabelasdetensoversustemperaturados diversostermoparesapresentadasaseguir referem-se temperatura de junta fria de 0oC. Ao se medir a tenso nos terminais do termopar para avaliar a temperatura, consultando a tabela, necessrioacrescentaraonmeroencontrado o valor da temperatura ambiente. Paraconectarmosostermoparesaos instrumentosreceptoresouatransmissores devemosutilizarcabosespeciais.Issosedeve ao fato de que cada conexo em que muda-se a naturezadocondutorformadoumtermopar. Nessecontexto,diferentestemperaturas ambiente ao longo do encaminhamento do cabo representariam erros de medio. Tipo+-TemperaturaObs. TCobreConstant-184 a 370oC Oxidao do cobre acima de 310oC JFerroConstant0 a 760oC Oxidao do ferro acima de 760oC. Acima de 480oC utilizar tubo de proteo ENquel-CromoCobre-Nquel0 a 870oC Baixa estabilidade em atmosfera redutora KCromelAlumel0 a 1200oC Vulnervel em atmosfera sulfurosa como SO2 e H2S SPlatina-Rdio 10%Platina0 a 1600oC Para altas temperaturas e chama presente usar proteo em alumina RPlatina-Rdio 13%Platina0-1600oC Para altas temperaturas e chama presente usar proteo em alumina BPlatina-Rdio 30%Platina-Rdio 6%870 a 1795oC Utilizar isoladores e proteo em alumina Junta fria ou de refernciaJunta quente Fig. 3.4 Instrumentao e Controlepag. 32 Devemosutilizaroscabosdomesmomaterial dotermopar,nessecasochamamosdecabode extenso. Por outrolado,casonosejapossvel por uma questoeconmica,poderemosutilizarmaterial diferentedotermopar,pormdecaractersticas termo-eltricas semelhantes. Esses so os cabos de compensao.So usados principalmente para termopares tipoR,SeBcujomaterialoriginalcontmPlatina, materialsuficientementecaroparainviabilizar os cabos de extenso. Fio ou cabo de extenso TermoparMaterial dos condutoresFaixa deLimite de erro (oC) TipoPositivoNegativoUtilizaoPadroEspecial TTXCobreConstantan0-60 a 100oC 1,0oC 0,5oC JJXFerroConstantan0 a 200oC 2,2oC 1,1oC EEXCromelConstantan0 a 200oC 1,7oC KKXCromelAlumel0 a 200oC 2,2oC Fio ou cabo de compensao TermoparMaterial dos condutoresFaixa deLimite de erro (oC) TipoPositivoNegativoutilizaoPadroEspecial SSXCobreCobre-Nquel0 a 200oC 5 oC RRXCobreCobre-Nquel0 a 200oC 5 oC BBXCobreCobre0 a 100oC 3,7oC Fig. 3.5 Fig. 3.6 Instrumentao e Controlepag. 33 TemperaturaTipo JTipo KTipo STipo RTipo TTipo BTipo E -270-6,258-9,835 -260-6,232-9,797 -250-6,181-9,718 -240-6,105-9,604 -230-6,007-9,455 -220-5,889-9,274 -210-5,753-9,063 -200-7,890-5,891-5,603-8,825 -190-7,659-5,730-5,439-8,561 -180-7,402-5,550-5,261-8,273 -170-7,122-5,354-5,069-7,963 -160-6,821-5,141-4,865-7,632 -150-6,499-4,912-4,648-7,279 -140-6,159-4,669-4,419-6,907 -130-5,801-4,410-4,177-6,516 -120-5,426-4,138-3,923-6,107 -110-5,036-3,852-3,656-5,681 -100-4,632-3,553-3,378-5,237 -90-4,215-3,242-3,089-4,777 -80-3,785-2,920-2,788-4,302 -70-3,344-2,586-2,475-3,811 -60-2,892-2,243-2,152-3,306 -50-2,431-1,889-1,819-2,787 -40-1,960-1,527-1,475-2,255 -30-1,481-1,156-1,121-1,709 -20-0,995-0,777-0,757-1,152 -10-0,501-0,392-0,383-0,582 00,0000,0000,0000,0000,0000,0000,000 100,5070,3970,0550,0540,391-0,0020,591 201,0190,7980,1130,1110,789-0,0031,192 301,5361,2030,1730,1711,196-0,0021,801 402,0581,6110,2350,2321,6110,0002,420 502,5852,0220,2990,2962,0350,0023,048 603,1152,4360,3650,3632,4670,0063,685 703,6492,8500,4320,4312,9080,0114,330 804,1863,2660,5020,5013,3570,0174,985 904,7253,6810,5730,5733,8130,0255,648 1005,2684,0950,6450,6474,2770,0336,319 1105,8124,5080,7190,7234,7490,0436,998 1206,3594,9190,7950,8005,2270,0537,685 1306,9075,3270,8720,8795,7120,0658,379 1407,4575,7300,9500,9596,2040,0789,081 1508,0086,1371,0291,0416,7020,0929,789 1608,5606,5391,1091,1247,2070,10710,503 1709,1136,9391,1901,2087,7180,12311,224 1809,6677,3381,2731,2948,2350,14011,951 19010,2227,7371,3561,3808,7570,15912,684 20010,7778,1371,4401,4689,2860,17813,421 21011,3328,5371,5251,5579,8200,19914,164 22011,8878,9381,6411,64710,3600,22014,912 23012,4429,3411,6981,73810,9050,24315,664 24012,9989,7451,7851,83011,4560,26616,420 25013,55310,1511,8731,92312,0110,29117,181 26014,10810,5601,9622,01712,5720,31717,945 27014,66310,9692,0512,11113,1370,34418,713 28015,21711,3812,1412,20713,7070,37219,484 29015,77111,7932,2322,30314,2810,40120,259 Instrumentao e Controlepag. 34 TemperaturaTipo JTipo KTipo STipo RTipo TTipo BTipo E 30016,32512,2072,3232,40014,8600,43121,036 31016,87912,6232,4142,49815,4430,46221,817 32017,43213,0392,5062,59616,0300,49422,600 33017,98413,4562,5992,69516,6210,52723,386 34018,53713,8742,6922,79517,2170,56124,174 35019,08914,2922,7862,89617,8160,59624,964 36019,64014,7122,8802,99718,4200,63225,757 37020,19215,1322,9743,09919,0270,66926,552 38020,74315,5523,0693,20119,6380,70727,348 39021,29515,9743,1643,30420,2520,74628,146 40021,84616,3953,2603,4070,78628,946 41022,39716,8183,3563,5110,82729,747 42022,94917,2413,4523,6160,87030,550 43023,50117,6643,5493,7210,91331,354 44024,05418,0883,6453,8260,95732,159 45024,60718,5133,7433,9331,00232,965 46025,16118,9383,8404,0391,04833,772 47025,71619,3633,9384,1461,09534,579 48026,27219,7884,0364,2541,14335,387 49026,82920,2144,1354,3621,19236,196 50027,38820,6404,2344,4711,24137,005 51027,94921,0664,3334,5801,29237,815 52028,51121,4934,4324,6891,34438,624 53029,07521,9194,5324,7991,39739,434 54029,64222,3464,6324,9101,45040,243 55030,21022,7724,7325,0211,50541,053 56030,78223,1984,8325,1321,56041,862 57031,35623,6244,9335,2441,61742,671 58031,93324,0505,0345,3561,67443,479 59032,51324,4765,1365,4691,73244,286 60033,09624,9025,2375,5821,79145,093 61033,68325,3275,3395,6961,85145,900 62034,27325,7515,4425,8101,91246,705 63034,86726,1765,5445,9251,97447,509 64035,46426,5995,6486,0402,03648,313 65036,06627,0225,7516,1552,10049,116 66036,67127,4455,8556,2722,16449,917 67037,28027,8675,9606,3882,23050,718 68037,89328,2886,0646,5052,29651,517 69038,51028,7096,1696,6232,36352,315 70039,13029,1286,2746,7412,43053,112 71039,75429,5476,3806,8602,49953,908 72040,38229,9656,4866,9792,56954,703 73041,01330,3836,5927,0982,63955,497 74041,64730,7996,6997,2182,71056,289 75042,28331,2146,8057,3392,78257,080 76042,92231,6296,9137,4602,85557,870 77043,56332,0427,0207,5822,92858,659 78044,20732,4557,1287,7033,00359,446 79044,85232,8667,2367,8293,07860,232 Instrumentao e Controlepag. 35 TemperaturaTipo JTipo KTipo STipo RTipo TTipo BTipo E 80045,49833,2777,3457,9493,15461,017 81046,14433,6867,4548,0723,23161,801 82046,79034,0957,5638,1963,30862,583 83047,43434,5027,6728,3203,38763,364 84048,07634,9097,7828,4453,46664,144 85048,71635,3147,8928,5703,54664,922 86049,35435,7188,0038,6963,62665,698 87049,98936,1218,1148,8223,70866,473 88050,62136,5248,2258,9493,79067,246 89051,24936,9258,3369,0763,87368,017 90051,87537,3258,4489,2033,95768,787 91052,49637,7248,5609,3314,04169,554 92053,11538,1228,6739,4604,12670,319 93053,72938,5198,7869,5894,21271,082 94054,34138,9158,8999,7184,29871,844 95054,94839,3109,0129,8484,38672,603 96055,55339,7039,1269,9784,47473,360 97056,15540,0969,24010,1094,56274,115 98056,75340,4889,35510,2404,65274,869 99057,34940,8799,47010,3714,74275,621 100041,2699,58510,5034,83376,373 101041,6579,70010,6364,924 102042,0459,81610,7685,016 103042,4329,93210,9025,109 104042,81710,04811,0355,202 105043,20210,16511,1705,297 106043,58510,28211,3045,391 107043,96810,40011,4395,487 108044,34910,51711,5745,583 109044,72910,63511,7105,680 110045,10810,75411,8465,777 111045,48610,87211,9835,875 112045,86310,99112,1195,973 113046,23811,11012,2576,073 114046,61211,22912,3946,172 115046,98511,34812,5326,273 116047,35611,46712,6696,374 117047,72611,58712,8086,475 118048,09511,70712,9466,577 119048,46211,82713,0856,680 120048,82811,94713,2246,783 121049,19212,06713,3636,887 122049,55512,18813,5026,991 123049,91612,30813,6427,096 124050,27612,42913,7827,202 125050,63312,55013,9227,308 126050,99012,67114,0627,414 127051,34412,79214,2027,521 128051,69712,91314,3437,628 129052,04913,03414,4837,736 Instrumentao e Controlepag. 36 TemperaturaTipo JTipo KTipo STipo RTipo TTipo BTipo E 130052,39813,15514,6247,845 131052,74713,27614,7567,953 132053,09313,39714,9068,063 133053,43913,51915,0478,172 134053,78213,64015,1888,283 135054,12513,76115,3298,393 136054,46613,88315,4708,504 137054,80714,00415,6118,616 138014,12515,7528,727 139014,24715,8938,839 140014,36816,0358,952 141014,48916,1769,065 142014,61016,3179,178 143014,73116,4589,291 144014,85216,5999,405 145014,97316,7419,510 146015,09416,8829,634 147015,21517,0229,748 148015,33617,1639,863 149015,45617,3049,979 150015,57617,44510,094 151015,69717,58510,210 152015,81717,72610,325 153015,93717,86610,441 154016,05718,00610,558 155016,17618,14610,674 156016,29618,28610,790 157016,41518,42510,907 158016,53418,56411,024 159016,65318,70311,141 160016,77118,84211,257 161016,89011,374 162017,00811,491 163017,12511,608 164017,24311,725 165017,36011,842 166017,47711,959 167017,59412,076 168017,71112,193 169017,82612,310 170017,94212,426 171018,05612,543 172018,17012,659 173018,28212,776 174018,39412,892 175018,50413,008 176018,61213,124 177013,239 178013,354 179013,470 180013,585 Instrumentao e Controlepag. 37 Termo-Resistncias Outrosensordetemperaturautilizadona indstriaatermo-resistncia.constitudade um bulbo de resistncia de platina cujo valor de resistncia varia em funo da temperatura. Suaprincipalvantagemaexatidoda medio,alinearidadeeaplicaoem temperatura baixas. Suamontagemeinstalaosemelhantedo termopar. Atopologiadeligaopodeseradois,trsou quatro fios. Autilizaodosfiossuplementarespermitem aoinstrumentoreceptorcancelaroefeitoda resistncia dos cabos. Se utilizados s dois fios, devemoslimitaradistnciadetransmissode sinal a cerca de 3 a 5 metros. Aformaconstrutivadastermo-resistnciase dostermoparesbastantesemelhante.Em ambososcasospodeserconvenientea utilizaodepoosmetlicosparaprotegero elementosensorcontraaagressividadedo fluidooumesmoparafacilitarasuaretirada para manuteno sem expor o processo. PT-100 oC oC oC -20018.490100.00320219.12 -19022.8010103.90330222.65 -18027.0820107.79340226.17 -17031.3230111.67350229.67 -16035.5340115.54360233.17 -15039.7150119.40370236.65 -14043.8760123.24380240.13 -13048.0070127.07390243.59 -12052.1180130.89400247.04 -11056.1990134.70410250.48 -10060.25100138.50420253.90 -9064.30110142.29430257.32 -8068.33120146.06440260.72 -7072.33130149.82450264.11 -6076.33140153.58460267.49 -5080.31150157.31470270.86 -4084.27160161.04480274.22 -3088.22170164.76490277.56 -2092.16180168.46500280.90 -1096.09190172.16510284.22 200175.84520287.53 210179.51530290.83 220183.17540294.11 230186.82550297.39 240190.45560300.65 250194.07570303.91 260197.69580307.15 270201.29590310.38 280204.88600313.59 290208.45610316.80 300212.02620319.99 300212.02630323.18 310215.57640326.35 Topologia a 3 fios Topologia a 4 fios Fig. 3.7 Termo-Resistncia Res. do cabo Res. do cabo Res. do cabo Fig. 3.8 Poo RoscadoFig. 3.9 Termo-resistncia Instrumentao e Controlepag. 38 4. Nvel Onvelamedioindiretadovolumeou quantidadedemateriallquido(eventualmente slido)contidoemumreservatrioouvaso qualquer. A medida do nvel a do comprimento linear, e pode,svezes,serconvertidoemvolumede formadiretaemcasosdereservatrios regulares, ou linearizado para outros casos. Osmedidoresdenvelmaissimplessoos visoresdenvelqueapresentamuma visualizao do seu valor para uso local. Os visores mais comuns so: Bia ou flutuador, onde uma bia traciona um cabocomumcontrapesoquesemovesobre uma rgua graduada externa. Tipovasoscomunicantes,ondeumtubo transparente conectado base do reservatrio se elevaaolongodesuaalturapermitindo visualizar a posio da superfcie do lquido. O inconveniente pode ser impurezas no lquido, que ao longo do tempo podem escurecer o visor transparente.Poroutroladoaconstruodo elementotransparentepodeserproblemaem altas presses. Existemalguimasvariaesnessetipodevisor de nvel objetivando superar esses problemas. Masparaossistemasdecontroleavanadosa telemetriasetornanecessria.Aformamais comumconsisteemtransmissoresdepresso hidrosttiva. Emumtanquedespressurizadoumtransmissor depressomanomtricainstaladonasuabase envia informao direta do valor do nvel, desde que a massa especfica do lquido seja constante e conhecida: gh P = Emtanquespressurizadoscontendolquido nosujeitocondensao,podemos,da mesmaforma,utilizarumtransmissorde pressodiferencial,cujatomadadebaixa presso estar se comunicando com o topo do reservatrio.Nessecasonecessriocuidar paraquenohajalquidonessatomadade baixa presso, oqueintroduziriaumacoluna de lquido e consequente erro do sinal. Nocasodetanquescontendofaselquidae vapor(tanquesdecondensadooutubulode caldeiras)aexistnciadecondensadotorna-se inevitvel.ocasodeutilizarmosopotede selagemeguacomolquidoselantepara proteger o transmissor. Nessecaso,comoatomadadealtapresso necessitaestarligadabasedoreservatrio (paraqueosinalcresacomoaumentodo nvel)eatomadadebaixapressoestcom umacolunadeguapermanenteteremosuma presso maior no lado de baixa presso. Quandoonvelmnimoteremosumapresso diferencialnegativa;quandomximo,ela estarprximadezero:Acalibraodo transmissordeveobservarasupressodozero. Sercalibradoentodeumvalornegativoa zero(porexemplo:-1500a0mmca, correspondente a 4-20 mA respectivamente). BiaRgua graduada ZeroMximoFig. 4.1 Reservatrio no pressurizado Reservatrio pressurizado Fig. 4.2 Nveldaguade selagem Tomada de baixa presso Tomada de alta presso vapor gua Fig. 4.3 Instrumentao e Controlepag. 39 Umavariaodomedidordenvelporpresso hidrostticaquandootransmissornodeve entrar em contato com o lquido (agressivo) o tipo borbulhamento. Consisteemintroduzirumtubodematerial adequado no lquido, e, atravs de uma pequena vazo de ar ou nitrognio, expulsar o lquido do interior do tubo. A presso no interior do tubo aquela necessria para sustentar a coluna lquida e, portanto, proporcional ao nvel. Umapequenavlvulaagulhapermiteajustara vazo de ar. Nessainstalao,devemosajustaravazopara umvalormnimosuficienteparageraralgumas bolhasporunidadedetempo,umaouduaspor segundo.Umreguladordepressodearounitrognio deveserreguladamontantedarestrio,com umvalormuitosuperioraonecessriopara vencer o nvel mximo: de duas a dez vezes; em casodetanquesmuitoelevados,podeserat dispensvel a reguladora. Ainstalaodeveserestanque(sem vazamentos).fciltestaraestanqueidade apenas fechando a entrada de ar completamente eobservandodurantealgumtemposea indicaodenvelcai.Nodevecair significativamente. poucoprovvelqueotubomedidorvenhaa ser obstrudo, posto que h uma constante vazo dear pelotuboe,caso venhaaserobstrudo,a presso no seu interior ir tender para a presso mximadisponvelnareguladoradepresso. Daaimportnciadeumaboapressodearna fonte. Em caso de suspeita de obstruo podemos abrir temporariamenteavazodearprovocandoum turbilho que denunciar a sua desobstruo. Outrostiposdetransmissoresdenvelso disponveis no mercado. O Transmissor de nvel por sonda capacitiva utiliza-sedeumahastelongaintroduzidano lquido,quenaverdadeconstitui-senum capacitorcomsuaarmadurainternaeexterna isoladas.Acapacitnciadosistemaser varivelemfunodolquidoque oenvolve j queaconstantedieltricadolquidoalteraro meio. Umcircuitoeletrnicoemaltafrequncia capazdedetectaraalteraodacapacitnciae convert-la em sinal de corrente 4-20 mA. Esse tipo de medidor apresenta o inconveniente deestarsujeitovariaodaconstante dieltrica do meio e necessitar de calibrao em bancada. Outratecnologiaparamediodenvelo uso de ultra-som ou radar. Um emissor/receptor de ondassonorasoueletromagnticasavaliao tempodetrnsitodosinalenviadoerefletido pela superfcie e gera a informao de nvel. Essetipodetransmissormuitosensvel irregularidadesdasuperfcie(ondas,material slido flutuante, espuma) e presena de nvoa naregiogasosado reservatrio.Alm disso,tem-se constatadouma excessivasensibilidade arudoeltrico irradiadoou conduzido,exigindo cuidadosmuito especiaisao aterramentoe blindagem do sistema. ChavesdeNvelpor condutividadeso usadasquandose desejaumsinaldigital (contato) acionado pelo nvel. Consiste em duas ou trs hastes metlicas introduzidasno lquido,nessecaso, condutivo.Apresena dolquidobanhando mais de uma das hastes permitedetectara passagem de corrente e acionar um rel para ser enviado ao sistema de controle. figura 4.4 Fig. 4.5 Instrumentao e Controlepag. 40 fig. 4.6 Transmissor de presso adequado medio de nvel com flange e diafragma especial Instrumentao e Controlepag. 41 5. VazoA medio de vazo extremamente importante noprocessoindustrial,pormavarivelmais difcildesermedidacompreciso,devidoao fato que os padres no so simples, nem fceis, e muito menos portteis ou transportveis. A vazo a taxa de transferncia de um fluido, tomadaemunidadesdevolumenotempo.a velocidadecomquesetransportaumvolume. Eventualmentepode-seconverterovolumeem massa,quandoentotemosachamadavazo mssica.AUnidadedevazosersempre volumeporunidadedetempo(oumassapor unidadedetempo):m3/h,litros/minuto, Gales/minuto, Barris/dia, etc. Umaequaobsicaquerelacionavazo(em m3/s),velocidade(emm/s)ereadatubulao (em m2): Av Q = Osmedidoreschamadosdeprimognitos (geradoresdepressodiferencial)somuito comuns.Consistememintroduzirnatubulao umarestrio,quediminuiodimetroda tubulao.Avazodofluidoprovocaumadiferenade pressoentreumpontoamontanteeoutroa jusante.Essadiferenadepresso proporcional ao quadrado da vazo volumtrica. Usamostransmissoresdepressodiferencial paratransmitiravazoaosoutrossistemasde controle. Podemosequacionarorelacionamentodetrs formas de energia contidas num fluido: Aenergiadepresso,aenergiacinticaea energia potencial. K hgv P= + +22 Asomadessastrsenergiasconstantenum sistemaincompressvel,deviscosidadenulae sematrito,peloprincpiodaconservaoda energia,desdequenohajafontes(bombasou compressores)ousorvedouros(perdadecarga, gerao de trabalho ou vazamentos) de energia. Oprimeirotermoaenergiadepresso.Ele derivaexpressoE=P.V,ouseja,oprodutoda pressopelovolumedofluido,resultanum valor de energia. Osegundo,aenergiacintica,provmda conhecida frmula E=1/2mv2 (m a massa e v a velocidade). Oterceiroaenergiapotencialderivadada tambmconhecidaequaoE=mgh(ma massa do fluido, g a acelerao da gravidade e h a altura em que se encontra). Todosostermosestotratadosparaterema formadaunidadedecomprimento.Issopode sercompreendidocomoaenergianaformade altura manomtrica do fluido. Comoasomadostermosconstante,dese esperarque,havendoaumentodeumdos termos,hnecessariamentediminuio correspondente em um dos outros. Papressoesttica.opesoespecficodo fluido.vavelocidadedofluido,ga acelerao da gravidade, H a altura em que se encontraamassadofluido,eaequaouma sntese do teorema de Bernoulli. figura 5.1 Pelo exemplo da figura, temos um ponto 1 onde existe uma vazo de um lquido incompressvel,eumapressoinicial.Avazoconstanteem todo o trecho da tubulao, posto que o volume ouamassaqueentranotubotem necessariamentequesairnaoutraextremidade (supe-se que no h vazamento).No ponto 2, houve uma diminuio do dimetro datubulao.Comoavazocorrespondeao produtodareapelavelocidade,ehouveuma reduonarea,devehaverumaumentode velocidade e portanto de energia cintica. Aesseaumentodeenergiacintica,como estamosnamesmaaltura,correspondeportanto umadiminuiodaenergiadepresso,na mesma proporo. No ponto 3 da tubulao houve uma subida, ou seja, aumentamos a energia potencial do fluido. Como a tubulao manteve o mesmo dimetro e avazoestinvarivel,nopodemosperder velocidade.Logo,hnessepontoumanova Instrumentao e Controlepag. 42 perda da presso do fluido. Essa presso perdida correspondeexatamenteaopesodacolunado lquido. Quandocolocamosarestrionatubulao, montantehumapequenaperdadevelocidade (ofluidosecomprime,seamontoa),logoum ligeiro aumento de presso ocorre.Parapassarnumorifciodedimetro notadamenteinferioraodatubulaohum expressivoaumentodevelocidadeque compensado com uma queda da presso.figura 5.2 Nesseprocessohumatrocadeenergiade presso e cintica (de velocidade).J que a vazo proporcional velocidade, e a diferena de presso proporcional ao quadrado da velocidade, de se esperar que a diferena de presso gerada seja proporcional ao quadrado da vazo. Colocando-seumtransmissordepresso diferencial entre um ponto montante e outro jusante, temos um sistema de medir vazo. Caso essetransmissorsejacapazdecalculararaiz quadradadosinaldepresso,temosum medidor de vazo linear. Esseexemplosimplificadopodeser compreendidopelaequaodeBernoulli.No entanto,quandotratamosdecasosreais,uma sriedefatoresdevemserconsiderados(Fator deCompressibilidade,atritocomvariaesde energiapelavariaodetemperatura, viscosidade,posiodastomadasdepresso, etc.). Na medio de vazo de gases, que so fluidos compressveis(opesoespecficovariacoma pressoetemperatura)muitasoutras consideraes devem ser levadas em conta. Vamosconsiderarumgsideal,paraoqual podemosafirmar,pelacombinaodaLeide CharlesedaleideBoyle,queoprodutoda Pressopelovolumedivididopelatemperatura uma constante. 22 211 1TV PTV P= Ouseja,numacondioisolada,semtrocade energia com o ambiente: Seaumentamosapressodeumgs mantendoatemperaturaconstante,oseu volumediminuinamesmaproporo. Parecebvio:quandofalamosem1m3de ar,senosoubermosa que pressoestamos nos referindo, nada poderemos afirmar sobre a massa de ar contida nesse volume. Seaumentarmosatemperaturadogs confinadonumvolumeconstante,asua presso deve aumentar. Evidentemente essa troca de energia combina as trs formas: Se diminumos o volume de um gs (comonumaseringaobstruda),asuapresso aumenta,mastambmaumentaasua temperatura. Se um gs comprimido, atravs de umvazamento,temsuapressobruscamente diminuda,seuvolumeaumentadamesma forma,easuatemperaturatambmcai,oque explicaparcialmenteocongelamentonos vazamentosounosextintoresdeincndio gasosos. Considerandotudoisso,avazodegases tomadaemunidadesdevolumeporunidadede tempo,p.exemplo,emm3/hnotermuita utilidadenoquesereferequantidadeem massa do gs. Para que a informao seja completa precisamos saber a que presso e a que temperatura estamos fornecendoogscomprimidoouestamosnos referindo. Deveramosentoexpressaraproduodear comprimidoemtoneladasporhora,como feito com o vapor.Pormmaisadequadoexpressaravazode gasescomoovolumeequivalenteaovolume que ele ocuparia se estivesse numa determinada temperatura e presso. Escolhemoscomopadroatemperaturade0oC e a presso atmosfrica ao nvel do mar, ou seja, cercade1,033Kgf/cm2absoluta,ouzerode pressomanomtrica.Parece-nosumaboa referncia. Aquantidadedear,nessascondies,que ocupa o volume de 1 m3, chamado de 1 Nm3(leia-se um Normal-metro-cbico). O ar atmosfrico tem um densidade aproximada de 1,293 Kg/Nm3. Ou seja, um metro cbico de ar(umcubode1metrodelado),pesaquase umquiloetrezentosgramas.Issoaonveldo mar e a zero grau centgrado. Instrumentao e Controlepag. 43 Noentanto,nasnossascondiesdeoperao, dificilmenteestaremosnessacondiopadro. Porissodevemossaberconverteravazo atual na vazo normal e vice-versa para que possamos conhecer a velocidade do ar dentro da tubulao. Avazo normal(Nm3/h)deveserdividida pela pressoemultiplicadapelatemperaturapara obtermosavazoatual.PressoemKgf/cm2e temperatura em oC. 033 , 1033 , 1273273++ =PTQ Qn aA vazo atual (m3/h) deve ser multiplicada pela pressoedivididapelatemperaturapara obtermos a vazo normal. Presso em Kgf/cm2 e temperatura em oC.033 , 1033 , 1273273 ++ =PTQ Qa nOutrasunidadesdepressopodemser utilizadas.Nessecasoapressoatmosfrica (1,033kgf/cm2)deveserexpressanamesma unidade. Essasconsideraessereferemaosgases perfeitos.Osgasesreaisnosoperfeitos,e, devemosutilizarfatoresdecorreoqueso chamados fatores de super-compressibilidade. Porm,parapequenasvariaesdepressoem tornodovalordeprojetoepressesmuito distantesdaquelasquedeterminamamudana deestadodofluidoessasconsideraonos levam a resultados muito prximos da realidade. Umelementodemediodevazo,por exemplo,umaplacadeorifcio,instaladana tubulaodearcomprimidoestmedindo diretamente a vazo atual ou vazo volumtrica.Considerandoqueapressoconstante,assim comoatemperatura,poderemos,multiplicando porsimplesconstantes,indicaravazoem Nm3/h. Se a presso ou a temperatura variar, ou seja,estivercomvaloresdiferentesdaqueles consideradosnoprojetodaplaca,estaremos medindo com erro.Umconceitoimportanteoregimedofluxo. Eleestrelacionadoaochamadonmerode Reynolds. vD= Reumnmeroadimensional que relaciona a velocidade (em m/s), o dimetro datubulao(emm)eaviscosidadedofluido (em m2/s).Aviscosidadeamedidadasforasde cisalhamentoexercidasentreasmolculasdo fluido.Umfluidodealtaviscosidadetem dificuldade em se espalhar ou fluir, como um leopesadoporexemplo.Umfluidodebaixa viscosidadesecomportaaocontrrio,comoa gua ou lcool. Emprincpiofluidosdediferentes viscosidades,emdiferentesvelocidadese dimetrospodemteromesmonmerode Reynolds.Nessecaso,ocomportamento dinmico do fluxo deve ser semelhante. Oregimelaminarocorreemnmerosde Reynoldsinferioresacercade2.000.Oregime chamadoturbulentoocorreemnmerosde Reynolds acima de 3.000.Amediodevazoquasesempre implementadoemregimeturbulento,de prefernciaemnmerodeReynoldssuperiores a cerca de 30.000 at alguns milhes.EmbaixonmerodeReynoldsaenergia cinticacontidanofluidoinsuficientepara gerarosfenmenosdequenecessitamospara medio da vazo. O perfil dos vetores de velocidade na tubulao temumformatodeumparabolide,com velocidademximanocentroezeronolimite da parede da tubulao. Noregimeturbulentooparabolideachatado variandopoucoavelocidademedidaquese aproxima do centro. Noregimelaminaravelocidadenocentro notavelmentemaiorqueprximodaparededa tubulao, formando uma parbola oblonga. Fig. 5.3 Instrumentao e Controlepag. 44 Placas de Orifcio Amaneiramaissimpleseeconmicadese medir vazo a placa de orifcio. Alm da simplicidade, da robustez e da ausncia depeasmveis,aplacadeorifciotema vantagem de ser normalizada.Istosignificaquenonecessriocalibrarou testaramediocomaplaca.Basta calcularmos,construirmoseinstalarmosem conformidadecomasnormasqueaplacade orifcionosdaroresultadoesperadocomas incertezas conhecidas.Consistenumaplacacircularnaformadeuma raquetecomumorifcioderestrioquepode estarcentradoouexcntrico,podendosvezes sersegmental,ouseja,umsegmentodecrculo ao invs de um furo circular completo.Ao passar pelo orifcio, notadamente menor que o dimetro da tubulao, o fluido aumenta a sua velocidadeproduzindoumaquedadepresso que proporcional ao quadrado da vazo. A presso esttica ao longo da tubulao perfaz uma ligeira elevao na p8oximidade da placa e umabrusca queda depressologoapsaplaca de orifcio.A presso retornar ao seu valor final de pois de umarazovel distncia aps a placa. Uma parte daperdadepressopermanente(nose recupera)poiscorrespondeperdadeenergia na forma de calor e rudo. Dimetro do Orifcio Oparmetrodaplacaaserdeterminadanoseu clculo o dimetro do orifcio. A relao entre odimetrodoorifcioeodimetrointernoda tubulaorepresentadapelaletragrega (beta): Dd= .Estevalor,naturalmente, sempremenorqueaunidade,e,por recomendaodeveestarsituadoentre0,25e 0,75 (o dimetro do orifcio deve estar entre 25 e75%dodimetrodatubulao).Porm,o mais adequado situ-lo entre 0,5 e 0,7. Dimetro Externo Este definido pelas dimenses do flange que a prender na tubulao. necessrio consultar as dimenses dos flanges mecnicosecalcularodimetroexternode maneiraqueaplacarepousecomomnimode folga entre os parafusos que prendem o flange. Dimetro externo da placa para flanges ANSI B-16.5 Dimetro nominal150# (mm)300# (mm) 16370 1.1/47379 1.1/28292 2102108 2.1/2121121 3133145 3.1/2159161 4171177 6218247 8275304 10336358 12406419 14447482 16511537 18546594 20603651 24714771 figura 5.4 Tomada de alta presso Tomada de baixa presso Fig. 5.5 Instrumentao e Controlepag. 45 Odimetrodefuraodoflangemenoso dimetrodosfuros,emgeral,devesero dimetro externo da placa de orifcio. Espessura da Placa A espessura da placa deve ser menor que 2% do dimetrointernodatubulao.Entretantoh queseconsiderararesistnciamecnicada