Apostila Instrumentacao Basica com

8/2/2019 Apostila Instrumentacao Basica com

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Instrumentao Bsica

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CURSODEFORMAODEOPERADORESDEREFINARIAINSTRUMENTAOBSICA

www.mecatronicadegaragem.blogspot.com


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Instrumentao Bsica



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Instrumentao Bsica

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CURITIBA2002

INSTRUMENTAOBSICACARLOSROBERTOCHAVES

Equipe Petrobras

Petrobras / Abastecimento

UNs: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap



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Instrumentao Bsica

629.8 Chaves, Carlos Roberto.C512 Curso de formao de operadores de refinaria: instrumentao bsica /

Carlos Roberto Chaves. Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002.98 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.

Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,RECAP, SIX, REVAP.

1. Instrumentao. 2. Medio. 3. Controle automtico. I. Ttulo.



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Instrumentao Bsica

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Apresentao

com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe voc.Para continuarmos buscando excelncia em resultados, dife-renciao em servios e competncia tecnolgica, precisamos devoc e de seu perfil empreendedor.

Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre oCentro Universitrio Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representadapela UN-Repar, buscando a construo dos materiais pedaggicosque auxiliaro os Cursos de Formao de Operadores de Refinaria.Estes materiais mdulos didticos, slides de apresentao, planos

de aula, gabaritos de atividades procuram integrar os saberes tc-nico-prticos dos operadores com as teorias; desta forma no po-dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como umprocesso contnuo e permanente de aprimoramento, caracterizadopela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades daPetrobras.

Contamos, portanto, com a sua disposio para buscar outrasfontes, colocar questes aos instrutores e turma, enfim, aprofundarseu conhecimento, capacitando-se para sua nova profisso na

Petrobras.

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Escreva uma frase para acompanh-lo durante todo o mdulo.



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Instrumentao Bsica

Sumrio1 TERMINOLOGIA ................................................................................... 7

1.1 Introduo Instrumentao ........................................................... 71.2 Por que automatizar ......................................................................... 81.3 Terminologia e Simbologia ............................................................ 10

2 SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAO........................................... 122.1 Simbologia Conforme Norma ABNT (NBR-8190) ....................... 12

2.1.1 Tipos de conexes .............................................................. 122.1.2 Cdigo de Identificao de Instrumentos............................ 122.1.3 Simbologia de identificao de instrumentos

de Campo e Painel ..................... ........................ ................. 152.1.4 Alguns Arranjos Tpicos de Instrumentos ........................... 15

2.2 Simbologia Conforme Norma ISA(Institute of Standard American) ...................... ........................ ..... 172.2.1 Finalidades .......................................................................... 172.2.2 Aplicao na Indstria ........................................................ 17

2.3 Aplicao nas atividades de trabalho ............................................ 172.4 Aplicao para Classes e Funes de Instrumentos ...................... 172.5 Contedo da Identificao da Funo ........................................... 182.6 Contedo de Identificao da Malha ............................................. 182.7 Smbolos de Linha de Instrumentos............................................... 19

2.7.1 Smbolos opcionais binrios (ON OFF) ........................... 192.8 Smbolos gerais de instrumentos ou de funes ............................ 20

3 ELEMENTOS DE UMA MALHA DE CONTROLE ........................... 223.1 Variveis de processo .................................................................... 22

3.1.1 Varivel controlada ............................................................. 22

3.1.2 Meio controlado .................................................................. 223.1.3 Varivel manipulada............................................................ 223.1.4 Agente de controle .............................................................. 22

3.2 Malha de controle.......................................................................... 233.2.1 Malha aberta ....................................................................... 233.2.2 Malha fechada .................................................................... 23

4 MEDIO DE PRESSO .................................................................... 254.1 Introduo ..................................................................................... 254.2 Peso Especfico ............................................................................. 254.3 Gravidade Especfica..................................................................... 254.4 Princpios, leis e teoremas da fsica utilizados

na medio de presso ....................... ........................ .................... 254.4.1 Lei da Conservao de energia (Teorema de Bernoulli) ..... 254.4.2 Teorema de Stevin .............................................................. 254.4.3 Princpio de Pascal .............................................................. 264.4.4 Equao Manomtrica ........................................................ 26

4.5 Definio de Presso ..................................................................... 264.5.1 Presso Esttica .................................................................. 27

4.5.2 Presso Dinmica ............................................................... 274.5.3 Presso total........................................................................ 274.5.4 Tipos de Presso Medidas .................................................. 274.5.5 Unidades de Presso ........................................................... 28

4.6 Tcnicas de medio de presso ................................................... 284.6.1 Introduo ........................................................................... 284.6.2 Composio dos Medidores de Presso ............................. 28

4.7 Principais Tipos de Medidores ...................................................... 284.7.1 Manmetros ........................................................................ 284.7.2 Manmetro de Lquido ....................................................... 29

4.8 Tipos de Manmetro Lquido ........................................................ 304.8.1 Manmetro tipo Coluna em U......................................... 304.8.2 Manmetro tipo Coluna Reta Vertical ................................ 304.8.3 Manmetro tipo Coluna Inclinada ...................................... 314.8.4 Aplicao ............................................................................ 314.8.5 Manmetro Tubo Bourdon ................................................. 31

4.9 Manmetro Tipo Elstico .............................................................. 32

5 INSTRUMENTO DE TRANSMISSO DE SINAL............................. 36

5.1 Tipos de transmissores de presso ................................................ 365.1.1 Transmissores pneumticos ................................................ 365.1.2 Transmissores eletrnicos analgicos ................................. 37

5.2 Instrumentos para alarme e inter-travamento................................. 385.2.1 Pressostato .......................................................................... 38

5.3 Instrumentos conversores de sinais ............................................... 405.3.1 Conversores eletro-pneumticos e pneumticos-eltricos... 40

6 MEDIO DE VAZO........................................................................ 426.1 Introduo ..................................................................................... 42

6.1.1 Tipos de medidores de vazo.............................................. 426.2 Placa de orifcio............................................................................. 436.3 Tubo Venturi .................................................................................. 44

6.3.1 Bocal de Vazo ................................................................... 446.3.2 Tubo Pitot ........................................................................... 446.3.3 Medidor Tipo Annubar ....................................................... 456.3.4 Rotmetros.......................................................................... 456.3.5 Princpio Bsico .................................................................. 45

6.4 Medidores de vazo em canais abertos ......................................... 456.4.1 Vertedor .............................................................................. 45

6.4.2 Calha de Parshall ................................................................ 466.5 Medidores especiais de vazo ....................................................... 46

6.5.1 Medidor Eletromagntico de Vazo.................................... 466.5.2 Medidor Tipo Turbina......................................................... 466.5.3 Medidor por Efeito Coriolis................................................ 466.5.4 Medidor Vortex ................................................................... 47

6.5.5 Medidores Ultra-snicos .................................................... 476.5.6 Medidores de efeito Doppler .............................................. 47

7 MEDIO DE NVEL.......................................................................... 497.1 Introduo ..................................................................................... 497.2 Mtodos de medio de nvel de lquido ....................................... 49

7.2.1 Medio direta .................................................................... 497.2.2 Medio indireta de nvel ................................................... 497.2.3 Medio de Nvel Descontnua ........................................... 537.2.4 Medio e Nvel de Slidos ................................................ 54

8 MEDIO DE TEMPERATURA......................................................... 558.1 Introduo ..................................................................................... 558.2 Temperatura e calor ....................................................................... 55

8.2.1 Medio de temperatura com Termopar ............................. 568.3 Efeitos termoeltricos .................................................................... 57

8.3.1 Efeito termoeltico de Seebeck........................................... 578.3.2 Efeito termoeltrico de Peltier ............................................ 578.3.3 Efeito termoeltrico de Thomson ........................................ 578.3.4 Efeito termoeltrico de Volta .............................................. 58

8.4 Medio de temperatura por termo-resistncia ............................. 588.4.1 Princpio de Funcionamento ................................................ 598.4.2 Caractersticas da termo-resistncia de platina ................... 598.4.3 Radimetro ou Pirmetro de radiao ................................ 60

9 ANALISADORES INDUSTRIAIS ....................................................... 619.1 Introduo ..................................................................................... 61

9.2 Instrumentos de anlise ou analisador ........................................... 619.3 Sistema de amostragem ................................................................. 61

9.3.1 Captao ............................................................................. 619.4 Funes de um sistema de amostragem ......................................... 62

9.4.1 Captao de Amostra .......................................................... 639.5 Transporte de amostra ................................................................... 63

9.5.1 Temperatura ........................................................................ 639.5.2 Filtro de adsoro ............................................................... 65

10 INSTRUMENTAO ANALTICA .................................................... 6610.1 Analisadores de Gases Industriais ................................................. 6610.2 Analisadores de Gases .................................................................. 66

10.2.1Analisadores de Gases por Condutibilidade Trmica ......... 6610.3 Analisadores por absoro de raios infravermelhos ...................... 67

10.3.1Teoria de funcionamento ...................... ...................... ......... 6710.3.2Princpio de medio .......................................................... 6810.3.3Fonte de infravermelho ....................... ....................... ......... 6910.3.4Clula......... ....................... ....................... ...................... ..... 6910.3.5Tipos de analisadores....... ...................... ....................... ...... 69

10.3.6Analisadores paramagnticos ...................... ...................... .. 7110.4 Analisador de Oxi-Zircnia ........................................................... 7410.4.1Introduo ...................... ....................... ....................... ....... 74

10.5 Analisador de Lquidos ................................................................. 7510.5.1Medidor pH ........................................................................ 7510.5.2Medio de pH atravs do eletrodo de vidro ..................... . 7510.5.3Soluo padro de pH ..................... ....................... ............. 7610.5.4Observaes a serem feitas durante a medio ................... 77

10.6 Medidor de densidade especfica .................................................. 7710.6.1Medidor de densidade especfica

pelo mtodo flutuao ...................... ........................ ........... 7710.6.2Medidor de densidade especfica

pelo mtodo de presso ...................................................... 7810.6.3Medidor do grau de densidade

pelo mtodo de comparao da cor ...................... .............. 7810.6.4Estrutura do equipamento .................... ...................... ......... 78

11 VLVULAS DE CONTROLE .............................................................. 8011.1 Introduo ..................................................................................... 80

11.2 Tipos de Corpos ............................................................................ 8011.3 Vlvulas de deslocamento Linear de Haste ................................... 8111.3.1Vlvula de Controle Tipo Globo Convencional

(Srie SIGMAF) ....................... ........................ .................. 8111.4 Vlvulas de Controle Definies Geral ..................... ................. 81

11.4.1 Vlvulas de Controle .......................................................... 8111.4.2Componentes da vlvula de controle .................... .............. 8211.4.3 Tipos de vlvulas de controle ............................................. 82

11.5 Vlvula Globo ............................................................................... 8311.5.1Corpo da vlvula ...................... ....................... .................... 8311.5.2Internos (ou conjunto dos internos) ................... ................. 83

12 CONTROLE AUTOMTICO DE PROCESSO ................................... 8512.1 Sistemas de Controle ..................................................................... 8512.2 Partes de um Sistema de Controle ................................................. 8512.3 Estabilidade do Sistema de Controle ............................................. 8612.4 Funcionamento de um Sistema de Controle Fechado .................... 8612.5 Modos de Controle do Controlador .............................................. 86

12.5.1Controle biestvel .................... ...................... ..................... 8712.5.2Controle proporcional ..................... ....................... ............. 87

12.5.3Controle integral ...................... ....................... .................... 8712.5.4Controle proporcional-integral .................... ...................... .. 8712.5.5Controle derivativo ..................... ....................... ................. 8812.5.6 Controle proporcional-derivativo ........................ ............... 8812.5.7 Controle proporcional-integral-derivativo ...................... .... 88

12.6 Concluses .................................................................................... 88



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1Terminologia1.1 Introduo InstrumentaoCurso Bsico de Instrumentao e Controle

O presente material descreve, de formasucinta, a definio clssica da instrumenta-o envolvida no processo de transformaoda matria-prima em produto ou sub-produtoe, em linhas gerais, aborda os conceitos quesero base para uma compreenso lata sobre aatividade. A inteno no portanto, a de su-primir lacunas nas ctedras de Fsica, Qumi-ca Geral ou Fenmeno dos Transportes, cujouniverso de teorias e conceitos envolvidostranspem os objetivos do curso.

Todo processo de transformao do esta-do de determinadas substncias (lquidas, ga-

sosas, slidas) participes de uma cadeia deprocessamento, para a composio de um pro-duto final, envolve, em sntese, certas opera-es, que, em certos casos, necessitam seremcontroladas a fim de manter as grandezas en-volvidas (presso, vazo, temperatura, etc),dentro de valores preestabelecido.

A definio clssica de processo denotatoda a operao de transformao de matria-

prima (no seu estado natural) em uma formatil. Todo processo qumico formado por umconjunto de operaes unitrias interligadasentre si de acordo com uma seqncia lgi-ca. Estabelecida no projeto bsico de enge-nharia

Um processo apresenta variveis a seremcontroladas, que interferem direta ou indireta-mente no resultado da qualidade do produtoou subproduto. Os mtodos de coleta de in-formaes sobre as condies do processo di-

ferem em muito dependendo do tipo de gran-deza que se quer inferir. Algumas informaes(variveis) podem ser coletadas atravs demtodos direto ou indireto. Para este ltimo,em muitos casos, utilizamos a inferncia.

A instrumentao pode, ento, ser defini-da como a cincia que aplica e desenvolve tc-nicas para medidas e controles em equipamen-tos e processos industriais.

Tomando-se como exemplo o sistema demedio de energia eltrica encontrado em re-sidncias, um instrumento que mede e regis-tra a energia eltrica consumida durante umdado perodo de tempo. Realizam-se aqui, trsatividades distintas:

1. medio da energia eltrica consumi-da em cada instante;

2. soma das energias consumidas duranteum certo perodo de tempo;

3. registro no totalizador do aparelho.

Trata-se aqui simplesmente de um proces-so de medida, integrao e registro de umaentidade fsica, energia eltrica consumida naresidncia.

Dado um eletrodomstico, ligado redepblica atravs de um regulador de tenso.Este instrumento pretende, na medida do pos-svel, fornecer ao eletrodomstico ligado a ele,uma tenso constante, para a qual ele regula-do, conforme observado na ilustrao a seguir.



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O regulador de tenso recebe uma tensoda rede, compara com a tenso para a qual foiajustado e atua sobre a tenso, conforme ne-cessrio, para fornecer ao eletrodomstico a

tenso predeterminada. Tem-se, aqui, uma ati-vidade de controle.

De uma maneira ampla, os dispositivosque realizam as tarefas de medio, registro econtrole so chamados de instrumentos, e acincia que os estuda chamada de instrumen-tao.

Em linhas gerais e conclusivas, a instru-mentao a cincia que aplica e desenvolvetcnicas para adequao de instrumentos demedio, transmisso, indicao, registro e

controle de variveis fsicas em equipamen-tos nos processos industriais.Em indstrias, tais como siderrgica, pe-

troqumica, alimentcia, papel, entre outras, a

instrumentao responsvel pelo rendimen-to mximo de um processo, pois, faz com quetoda energia cedida seja transformada em tra-balho na elaborao do produto desejado. No

processo, as principais grandezas que tradu-zem transferncias de energia, denominadasvariveis de um processo, so: presso, nvel,vazo, temperatura.

A seguir sero abordadas as vrias tcni-cas de medio e tratamento destas grandezas.

1.2 Por que automatizarA utilizao de instrumentos para contro-

le automtico de processo nos permite,incrementar e controlar a qualidade do produ-

to, aumentar a produo e rendimento, obter efornecer dados seguros da matria-prima e daquantidade produzida, alm de ter em mosdados relativos economia dos processos.



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Com o surgimento da mquina a vapor nofim do sculo passado, o homem viu-se obri-gado a desenvolver tcnicas de medio. Des-ta forma, surgem instrumentos para indicar avarivel em questo, a presso. A grande de-manda de indicadores de presso surgiu na reade fornos e caldeiras, resultando em uma gran-de reduo do nmero de acidentes e ocorrn-cias de exploses nestes equipamentos.

No final dos anos trinta, comearam a sur-gir os primeiros instrumentos de controle au-tomtico.

Com o surgimento da eletrnica dos se-micondutores no incio dos anos 50, surgiramos instrumentos eletrnicos analgicos, egradativamente, a partir desta data, os instru-mentos pneumticos foram substitudos pelos

eletrnicos, em processos onde no existia ris-co de exploso.

Na atualidade, os industriais esto cadavez mais optando por automatizar as suas uni-dades/plantas, adquirindo sistemas eletrnicosmicroprocessador, tais como transmissoresinteligentes controladores, Multi.Loop, contro-ladores lgicos programveis (CLP), SistemasDigitais de Controle Distribudo, SistemasFieldbus.

J so encontrados, no mercado nacional,instrumentos com tecnologia consagrada (se-gurana intrnseca) capaz de fornecer uma altaperformance operacional aliada otimizaode processos industriais. A seguir pode-se per-ceber este grau de integrao.



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1.3 Terminologia e SimbologiaAs definies a seguir so conhecidas por

todos que intervm, diretamente ou indireta-mente, no campo da instrumentao industrial,e tm como objetivo a promoo de uma mes-ma linguagem tcnica.

RANGE (Faixa de medida): Conjunto devalores da varivel analisada, compreendidodentro do limite inferior e superior da capaci-dade de medida ou de transmisso do instru-mento. expresso determinando-se os valo-res extremos.

Exemplo:

100 ~ 500C; 0 ~ 20 psi; 30 ~ 30 mmca.

SPAN (Alcance): a diferena algbrica

entre o valor superior e inferior da faixa demedida do instrumento. Exemplo:

Um instrumento com range de 100 a 250C,possui Span = 150C

ERRO: Diferena entre o valor lido outransmitido pelo instrumento, em relao realda varivel medida. Se o processo ocorrer emregime permanente (que no varia ao longodo tempo), ser chamado de Erro Esttico, epoder ser positivo ou negativo, dependendoda indicao do instrumento. Quando a vari-vel altera-se, tem-se um atraso na transfern-cia de energia do meio para o medidor, ou seja,o valor medido estar geralmente atrasado emrelao ao valor real da varivel. Esta diferen-a chamada de Erro Dinmico.

PRECISO: Definida como o maior va-lor de erro esttico que um instrumento possater ao longo de sua faixa de trabalho. poss-vel express-la de diversas maneiras:

a) Em porcentagem do alcance (span).Ex.: Um instrumento com range de 50a 150C est indicando 80C e sua pre-ciso de 0,5% do span.

80C (0,5 / 100) x 100C = 80C 0,5C

Portanto, a temperatura estar entre 79,5e 80,5C.

b) Em unidade da varivel.

Exemplo:

Preciso de 2C

c) Em porcentagem do valor medido (paramaioria dos indicadores de campo).Ex.: Um instrumento com range de 50a 150C est indicando 80C e sua pre-ciso de 0,5% do valor medido.

80C (0,5 / 100 x 80C) = 80C 0,4C

Portanto, a temperatura estar entre 79,6e 80,4C.

Pode-se ter a preciso variando ao longoda escala de um instrumento, indicada pelo fa-bricante, ento, em algumas faixas da escalado instrumento.

Exemplo:

Um manmetro pode ter uma preciso de1% em todo seu range e ter na faixa cen-

tral uma preciso de 0,5% do span.

d) Em % do fundo de escala ou Span m-ximo:

80C (0,5 / 100) x 150C = 80C 0,75C

Observao: Quando o sistema de medi-o composto de diversos equipamentos, ad-mite-se que a preciso total da malha seja igual raiz quadrada da soma dos quadrados das

precises de cada equipamento.Exemplo: Uma malha de instrumentao constituda pelos seguintes instrumentos:

Termopar, com preciso de 0,5% dovalor medido. Valor medido = 400C( 2C).

Fio de Extenso, com preciso de 1C. Registrador, com escala de 0 a 800C e

preciso de 0,25%, portanto 2C.Preciso total da malha =

2 2 2 o

2 1 2 9 3 C+ + = = Zona Morta o maior valor de varia-

o que o parmetro medido possa alcanar,sem que provoque alterao na indicao ousinal de sada de um instrumento (pode ser apli-cado para faixa de valores absolutos do ran-ge do mesmo). Est relacionada a folgas en-tre os elementos mveis do instrumento, comoengrenagens.

Exemplo: Um instrumento com rangede 0 a 200C possui uma zona morta de 0,1%do span.

0,1% = (0,1 / 100 x 200) = 0,2C



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Portanto, se a varivel alterar em 0,2C, oinstrumento no apresentar resposta nenhuma.

Sensibilidade: a razo entre a variaodo valor indicado ou transmitido por um ins-trumento e a da varivel que o acionou, apster alcanado o estado de repouso. Denota acapacidade de resoluo do dispositivo.

Exemplo: Um termmetro de vidro comrange de 0 a 500C, possui uma escala deleitura de 50 cm.

Sensibilidade = (50 / 500 cm)/C = 0,1cm/C

Histerese: a diferena mxima apresen-tada por um instrumento, para um mesmo va-lor, em qualquer ponto da faixa de trabalho,quando a varivel percorre toda a escala nos

sentidos ascendente e descendente ou o des-vio porcentual mximo com o qual, para umamesma varivel (por exemplo vazo), uma in-dicao do valor instantneo afasta-se do ou-tro, dependendo de ter sido alcanado a partirde valores maiores ou menores.

Exemplo: Num instrumento com rangede 0 a 200C mostrado na Figura seguinte, ahisterese de 0,2%.

Conformidade: o desvio percentual m-ximo com o qual uma determinada varivel seafasta da sua curva caracterstica.

Reprodutibilidade: a mxima diferen-a encontrada ao se aplicar um valor conheci-do diversas vezes, em um dispositivo eletr-nico pneumtico ou mecnico.

Repetibilidade: o desvio porcentualmximo com o qual uma mesma medio indicada, tomando-se todas as condies comoexatamente reproduzidas de uma medida paraoutra. Expressa-se em porcentagem do span.Um instrumento com range de 0 a 1000 L/min, 0,1% do span (o que corresponde a 1L/min), se a vazo real na primeira passagemascendente for 750 L/min e o instrumento in-

dicar 742 L/min, numa segunda passagem as-cendente com vazo real de 750 L/min o ins-trumento indicar 742 1 L/min. Observar queo termo Repetibilidade no inclui a Histerese.

Anotaes



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2Simbologia de

InstrumentaoCom o objetivo de simplificar e globalizar

o entendimento dos documentos utilizadospara representar as configuraes das malhasde instrumentao, normas foram criadas emdiversos pases.

No Brasil a Associao Brasileira de Nor-mas Tcnicas (ABNT), atravs de sua norma

NBR 8190, apresenta e sugere o uso de sm-bolos grficos para representao dos diver-sos instrumentos e suas funes ocupadas nasmalhas de instrumentao. No entanto, como dada a liberdade para cada empresa estabe-lecer/escolher a norma a ser seguida na elabo-rao dos seus diversos documentos de proje-to de instrumentao, outras so utilizadas.Assim, devido a sua maior abrangncia e atuali-zao, uma das normas mais utilizadas em pro-

jetos industrias no Brasil a estabelecida pela

ISA (Instrument Society of America).A seguir sero apresentadas, de forma re-sumida, as normas ABNT e ISA que sero uti-lizadas ao longo dos trabalhos de instrumen-tao.

2.1 Simbologia Conforme Norma ABNT(NBR-8190)2.1.1 Tipos de conexes

1. Conexo do processo, ligao mecni-ca ou suprimento ao instrumento.

2. Sinal pneumtico ou sinal indefinidopara diagramas de processo.

3. Sinal eltrico.

4. Tubo capilar (sistema cheio).

5. Sinal hidrulico.

6. Sinal eletromagntico ou snico (semfios).

2.1.2 Cdigo de Identificao de InstrumentosCada instrumento deve ser identificado

com um sistema de letras que o classifiquefuncionalmente (Ver Tabela 1 a seguir).

Como exemplo, uma identificao repre-sentativa a seguinte:

T RC

1 letra Letras sucessivas

Identificao Funcional

2 A

N da cadeia Sufixo (normalmente no utilizado)

Identificao da Cadeia

Observao:Os nmeros entre parnteses referem-se

s notas relativas dadas a seguir.

Notas Relativas1. As letras indefinidas so prprias

para indicao de variveis no listadasque podem ser repetidas em um proje-

to particular. Se usada, a letra deverter um significado como primeira-le-tra e outro significado como letra-subseqente. O significado precisarser definido somente uma vez, em umalegenda, para aquele respectivo projeto.

2. A letra no-classificada, X, prpriapara indicar variveis que sero usadasuma vez, ou de uso limitado.

3. Qualquer primeira-letra, se usada emcombinao com as letras modificado-

ras D (diferencial), F (razo) ou Q(totalizao ou integrao), ou qualquercombinao ser tratada como umaentidade primeira letra.



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Tabela 1 Significado das letras de identificao

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

L

M

N(1)

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X (2)

Y

Z

Varivel Medida ou inicial (3)

Analisador (4)

Chama de queimador

Condutividade eltrica

Densidade ou massa especfica

Tenso eltrica

Vazo

Medida dimensional

Comando Manual

Corrente eltrica

Potncia

Nvel

Umidade

Indefinida

Indefinida (1)

Presso ou vcuo

Quantidade ou evento

Radioatividade

Velocidade ou freqncia

Temperatura

Multivarivel (5)

Viscosidade

Peso ou fora

No classificada

Indefinida (1)

Posio

Modificadora

Diferencial (3)

Razo (frao) (3)

Varredura ou

Seletor (6)

Integrador ou

totalizador (3)

Segurana (7)

Funo de informao

ou passiva

Alarme

Indefinida

Elemento primrio

Visor (8)

Indicador (9)

Lmpada

Piloto (10)

Indefinida (1)

Orifcio de restrio

Ponto de teste

Registrador ou impressor

* Multifuno (11)

Poo

No classificada

Funo final

Indefinida (1)

Controlador (12)

Indefinida (1)

Chave (12)

Transmissor

* Multifuno (11)

Vlvula (12)

No classificada

Rel ou computao

(11, 13)

Elemento final de

controle no classificado

Modificadora

Indefinida (1)

Alto (6, 14, 15)

Baixo (6, 14, 15)

Mdio ou intermedirio

(6, 14)

Indefinida (1)

* Multifuno (11)

No classificada

PRIMEIRA LETRA LETRAS SUBSEQUENTES



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4. A primeira-letra A, para anlise, co-bre todas as anlises no listadas nodiagrama e no cobertas pelas letrasindefinidas. Cada tipo de anlise de-ver ser definido fora do seu crculo deindefinio no fluxograma. Smbolostradicionalmente conhecidos, comopH, O2, e CO, tm sido usados opcio-nalmente em lugar da primeira-letraA. Esta prtica pode causar confusoparticularmente quando as designaesso datilografadas por mquinas queusam somente letras maisculas.

5. O uso da primeira-letra U para mul-tivariveis em lugar de uma combina-o de primeira-letra opcional.

6. O uso dos termos modificadores alto,baixo, mdio ou intermedirio e varre-dura ou seleo preferido, pormopcional.

7. O termo segurana ser aplicado so-mente para elementos primrios de pro-teo de emergncia e elementos finaisde controle de proteo de emergncia.Ento, uma vlvula auto-operada queprevine a operao de um sistema aci-ma da presso desejada, aliviando apresso do sistema, ser uma PCV (vl-vula controladora de presso), mesmo

que a vlvula no opere continuamen-te. Entretanto esta vlvula ser umaPSV (vlvula de segurana de presso)se seu uso for para proteger o sistemacontra condies de emergncia, isto ,condies que colocam em risco o pes-soal e o equipamento, ou ambos e queno se esperam acontecer normalmen-te. A designao PSV aplica-se paratodas as vlvulas que so utilizadas paraproteger contra condies de emergn-

cia em termos de presso, no impor-tando se a construo e o modo de ope-rao da vlvula enquadram-se comovlvula de segurana, vlvula de alvioou vlvula de segurana e alvio.

8. A funo passiva visor aplica-se ainstrumentos que do uma viso diretae no calibrada do processo.

9. O termo indicador aplicvel so-mente quando houver medio de umavarivel e disponibilizao da grande-

za para o operador.10. Uma lmpada-piloto, que a partede uma malha de instrumentos, deve serdesignada por uma primeira-letra

seguida pela letra subseqente. En-tretanto, se desejado identificar umalmpada-piloto que no parte deuma malha de instrumentos, a lmpa-da-piloto pode ser designada da mes-ma maneira ou alternadamente por umasimples letra L. Por exemplo: a lmpa-da que indica a operao de um motoreltrico pode ser designada com EL,assumindo que a tenso a varivelmedida ou XL assumindo que a lm-pada atuada por contatos eltricosauxiliares do sistema de partida domotor, ou ainda simplesmente L. Aao de uma lmpada-piloto pode seracompanhada por um sinal audvel.

11. O uso da letra-subseqente U paramultifuno em lugar de uma com-

binao de outras letras funcionais opcional.

12. Um dispositivo que conecta, desconec-ta ou transfere um ou mais crculospode ser, dependendo das aplicaes,uma chave, um rel, um contro-lador de duas posies ou uma vl-vula de controle. Se o dispositivomanipula uma corrente fluida de pro-cesso e no uma vlvula de bloqueiocomum acionada manualmente, deve

ser designada como uma vlvula decontrole. Para todas as outras aplica-es, o equipamento designado como:a) uma chave, quando atuado

manualmente;b) uma chave ou um controlador de

duas posies, se automtico ese acionado pela varivel medida.O termo chave geralmente atri-budo ao dispositivo que usado paraativar um circuito de alarme,lmpada piloto, seleo, inter-travamento ou segurana. O termocontrolador , geralmente, atri-budo ao equipamento que usadopara operao de controle normal;

c) um rel, quando automtico, acionado pela varivel medida, isto, por uma chave ou por um con-trolador de duas posies.

13. Sempre que necessrio, as funes as-

sociadas como o uso da letra-subse-qente Y devem ser definidas fora docrculo de identificao. No neces-srio este procedimento quando a funo



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por si s evidente, tal como no casode uma vlvula solenide.

14. O uso dos termos modificadores alto,baixo, mdio ou intermediriodeve corresponder a valores das vari-veis medidas e no dos sinais, a menosque de outra maneira seja especifica-do. Por exemplo: um alarme de nvelalto derivado de um transmissor de n-vel de ao reversa um LAH (alarmede nvel alto), embora o alarme seja atua-do quando o sinal alcana um determi-nado valor baixo. Os termos podem serusados em combinaes apropriadas.

15. Os termos alto e baixo, quandoaplicados para designar a posio devlvulas, so definidos como:alto

denota que a vlvula est em ouaproxima-se da posio totalmenteaberta;

baixo

denota que a vlvula est em ouaproxima-se da posio totalmentefechada.

2.1.3 Simbologia de identificao de instrumentosde Campo e Painel

Instrumentao de Vazo

Vlvula de Controle

2.1.4 Alguns Arranjos Tpicos de InstrumentosVazo

Presso



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Temperatura



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2.2 Simbologia Conforme Norma ISA(Institute of Standard American)2.2.1 FinalidadesInformaes Gerais

As necessidades de procedimentos de v-rios usurios so diferentes. A norma reconhe-ce essas necessidades quando esto de acordocom os objetivos e fornece mtodos alternati-vos de simbolismo. Vrios exemplos so in-

dicados para adicionar informaes ou simpli-ficar o simbolismo.Os smbolos dos equipamentos de proces-

so no fazem parte desta norma, porm soincludos apenas para ilustrar as aplicaes dossmbolos da instrumentao.

2.2.2 Aplicao na IndstriaA norma adequada para uso em inds-

trias qumicas, de petrleo, de gerao de ener-gia, refrigerao, minerao, refinao de me-

tal, papel e celulose, entre outras. Algumasreas, tais como astronomia, navegao e me-dicina usam instrumentos to especializadosque so diferentes dos convencionais. No

houve esforos para que a norma atendesse snecessidades destas reas. Entretanto, espera-se que a mesma seja flexvel suficientementepara resolver grande parte desse problema.

2.3 Aplicao nas atividades de trabalho

A norma adequada quando refere-se aum instrumento ou a uma funo de um siste-ma de controle, com o objetivo de simboliza-o de identificao.

Tais referncias podem ser aplicadas, porexemplo, para os seguintes fins:

projetos;

exemplos didticos;

material tcnico papis, literatura ediscusses;

diagramas de sistema de instrumenta-o, diagramas de malha, diagramaslgicos;

descries funcionais;

diagrama de fluxo: processo, mecni-co, engenharia, sistemas, tubulaes edesenhos/projetos de construo de ins-trumentao;

especificaes, ordens de compra, ma-nifestaes e outras listas;

identificao de instrumentos (nomes)e funes de controle;

instalao, instrues de operao emanuteno, desenhos e registros.

A norma destina-se a fornecer informaessuficientes a fim de permitir que qualquer pes-soa, que possua um certo conhecimento doassunto ao revisar qualquer documento sobremedio e controle de processo, possa enten-der as maneiras de medir e controlar o proces-so. No constitui pr-requisito para este en-

tendimento um conhecimento profundo/deta-lhado de um especialista em instrumentao.

2.4 Aplicao para Classes e Funes deInstrumentos

As simbologias e o mtodo de identifica-o desta norma so aplicveis para toda clas-se de processo de medio e instrumentaode controle. Podem ser utilizados, no somen-te para identificar instrumentos discretos e suasfunes especficas, mas tambm para identi-

ficar funes analgicas de sistemas que sodenominados de vrias formas como SharedDisplay, Shared Control, DistribuidControl e Computer Control.



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2.5 Contedo da Identificao da FunoA norma composta de uma chave de fun-

es de instrumentos para sua identificao esimbolizao. Detalhes adicionais dos instru-mentos so melhor descritos em uma especi-ficao apropriada, folha de dados, manual do

fabricante, etc.

2.6 Contedo de Identificao da MalhaA norma abrange a identificao de um ins-

trumento e todos outros instrumentos ou funesde controle associados presente malha. O uso livre para aplicao de identificaes adicionais,tais como nmero de serie, nmero da unidade,

nmero da rea, ou outros significados.Tabela 2 Identification Letters

Note: Numbers in parentheses refer to specific explanatory notes on pages 15 and 16.

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

Measured or initiating variable

Analysis (5,19)

Burner, Combustion

Users Choice (1)

Users Choice (1)

Voltage

Flow Rate

Users Choice (1)

Comando Manual

Corrent (Electrical)

Power

Time, Time Schedule

Level

Users Choice (1)

Users Choice (1)

Users Choice (1)

Pressure, Vaccum

Quantity

Radiotion

Speed, Frequency

Temperature

Multivariable (6)

Vibration, MechanicalAnalysis (19)

Weight, Force

Unclassified (2)

Event, State or Presence (20)

Position, Dimension

Modifier

Diferential (4)

Ratio (Francion) (4)

Scan (7)

Time Rate of Change (4, 21)

Momentary (4)

Integrate, Totalize (4)

Safety (8)

X Axis

Y Axis

Z Axis

Readout or passivefuncition

Alarm

Users Choice (1)

Sensor (Primary Element)

Glass, Viewing Device (9)

Indicate (10)

Light (11)

Users Choice (1)

Orifice, Restriction

Point (Test)Connecion

Recorder (17)

Multifunction (12)

Well

Unclassified (2)

Outiput function

Users Choice (1)

Control (13)

Control Station (22)

Users Choice (1)

Switch (13)

Transmit (18)

Multifunction (12)

Vlve, Damper, Louver(13)

Unclassified (2)

Relay, Compute, Convert(13, 14, 18)

Driver, Actuator,Unclassified FinalControl Element

Modifier

Users Choice (1)

High (7, 15, 16)

Low (7, 15, 16)

Middle, Intermediate(7, 15)

Users Choice (1)

Multifunction (12)

Unclassified (2)

FIRST-LETTER (4) SECCENDING-LETTERS (3)



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2.7 Smbolos de Linha de InstrumentosTodas as linhas so apropriadas em rela-

o s linhas do processo de tubulao:(1) alimentao do instrumento * ou cone-

xo ao processo

(2) sinal indefinido

(3) sinal pneumtico **

(4) sinal eltrico

(5) sinal hidrulico

(6) tubo capilar

(7) sinal snico ou eletromagntico (guia-do) ***

(8) sinal snico ou eletromagntico (noguiado) ***

(9) conexo interna do sistema (softwareou data link)

(10) conexo mecnica

OU significa escolha do usurio. Recomenda-se coerncia.

opes

2.7.1 Smbolos opcionais binrios (ON OFF)(11) sinal binrio pneumtico

(12) sinal binrio eltrico

* Sugerem-se as seguintes abreviaturaspara denotar os tipos de alimentao.AS suprimento de ar

IA ar do instrumentoPA ar da planta

ES alimentao eltrica

GS alimentao de gs

HS suprimento hidrulico

NS suprimento de nitrognio

SS suprimento de vapor

WS suprimento de gua

Estas designaes podem ser tambm apli-cadas para suprimento de fluidos.

O valor do suprimento pode ser adiciona-do linha de suprimento do instrumento;exemplo: AS-100, suprimento de ar 100-psi;ES-24DC; alimentao eltrica de 24VDC.** O smbolo do sinal pneumtico destina-

se utilizao de sinal, usando qualquergs.

*** Fenmeno eletromagntico inclui calor,ondas de rdio, radiao nuclear e luz.

Anotaes



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* O tamanho do smbolo pode variar deacordo com a necessidade do usurio edo tipo do documento. Foi sugerido nodiagrama de malha um tamanho de qua-drado e crculo para diafragmas grandes.Recomenda-se coerncia.

** As abreviaturas da escolha do usurio,tais como IP1 (painel do instrumenton 1), IC2 (console do instrumenton 2), CC3 (console do computador

2.8 Smbolos gerais de instrumentos ou de funes

n 3), podem ser usadas quando for ne-cessrio especificar a localizao do ins-trumento ou da funo.

*** Normalmente, os dispositivos de funesinacessveis ou que se encontram na par-te traseira do painel podem ser demons-

trados atravs dos mesmos smbolos po-rm, com linhas horizontais usando-se ospontilhados.



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Exemplo:

**** No obrigado a mostrar um aloja-

mento comum.***** O desenho (losango) apresenta meta-de do tamanho de um losango grande.

****** Veja ANSI/ISA padro S5.2 para sm-bolos lgicos especficos.

Anotaes



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3Elementos de uma

Malha de Controle3.1 Variveis de processo

Geralmente, existem vrias condies in-ternas e externas que afetam o desempenho deum processo. Estas condies so denomina-das de variveis de processo so elas: tempe-ratura, presso, nvel, vazo, volume, etc. Oprocesso pode ser controlado medindo-se a

varivel que representa o estado desejado eajustando automaticamente as demais, de ma-neira a se conseguir um valor desejado para avarivel controlada. As condies ambientesdevem sempre ser includas na relao de va-riveis do processo.

3.1.1 Varivel controlada tambm denominada varivel de pro-

cesso (PV). Indica mais diretamente a formaou o estado desejado do produto. Considere-

se, por exemplo, o sistema de aquecimento degua mostrado na Figura a seguir. A finalida-de do sistema fornecer uma determinada va-zo de gua aquecida. A varivel mais indica-tiva deste objetivo a temperatura da gua desada do aquecedor, que deve ser ento a vari-vel controlada.

3.1.2 Meio controlado a energia ou material no qual a varivel

controlada. No processo anterior, o meiocontrolado gua na sada do processo, e avarivel controlada, temperatura, representauma caracterstica d'gua.

PLC

3.1.3 Varivel manipulada aquela sobre a qual o controlador atua,

no sentido de mant-la no valor desejado. Avarivel manipulada pode ser qualquer vari-vel que cause uma variao rpida na varivelcontrolada do processo.

Processo industrial.

3.1.4 Agente de controle a energia ou material do processo, en-

quanto a varivel manipulada corresponde auma condio ou caracterstica. No processo

acima, o agente de controle o vapor, pois avarivel manipulada a vazo do vapor.Conforme observado, na figura anterior,

as principais variveis de processo so:



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varivel controlada: temperatura dagua;

meio controlado: gua na sada do pro-cesso;

varivel manipulada: vazo de vapor; agente de controle: vapor.

3.2 Malha de controleQuando se fala em regulao (ou contro-

le), deve-se necessariamente subentender umamedio (de uma varivel qualquer do proces-so), isto , a informao que o regulador rece-be. Recebida esta informao, o sistema regu-lador compara com um valor preestabelecido(chamado SET POINT), verifica-se a diferen-a entre ambos, age-se de maneira a diminuira seqncia de operaes: medir a varivel atuar no sistema de modo a minimizar a dife-rena entre a medida e o set point, denomi-nando-se malha de controle. Uma malha decontrole pode ser aberta ou fechada.

3.2.1 Malha abertaNa malha aberta, a informao sobre a

varivel controlada no usada para ajustarqualquer entrada do sistema.

Exemplo: A informao acerca da tempe-ratura do lquido de sada, no afeta o controleda entrada de vapor para o sistema, conformemostrado na Figura a seguir.

3.2.2 Malha fechadaPor outro lado, na malha fechada, a in-

formao sobre a varivel controlada, com arespectiva comparao com o valor desejado, usada para manipular uma ou mais variveisdo processo.

Regulao do processo.

Na Figura anterior, a informao acercada temperatura do lquido de sada, vai acar-retar uma regulao de uma varivel do pro-

cesso, no caso, da entrada de vapor. Caso atemperatura do lquido esteja baixa, abre-semais a vlvula, deixando entrar mais vaporpara aquecer o lquido. E se, ao contrrio, o

lquido estiver muito quente (temperatura aci-ma do valor pr-fixado), a vlvula fechadamais um pouco, impedindo a entrada de va-por, esfriando o lquido.

Nos sistemas de malha fechada, o contro-le de processo pode ser efetuado e compensa-do antes e depois de afetar a varivel controla-da. Isto pode ser demonstrado supondo-se queno exemplo anterior a varivel controlada sejaa temperatura de sada do lquido. Caso a tem-peratura do lquido seja controlada, como nocaso da figura anterior, aps o sistema ter afe-tado a varivel, afirma-se que o controle dotipo FEED-BACK, ou realimentado.

Malha de controle.

De um modo geral, os elementos de con-trole so divididos em dois grupos conformemostrado na prxima Figura.

Dispositivos de campo:

a) elementos primrios: so dispositivoscom os quais so detectadas alteraesna varivel de processo.

b) transmissor: instrumento que medeuma determinada varivel e a envia adistncia para um instrumento recep-tor, normalmente localizado no painel.O elemento primrio pode ser ou noparte integrante do transmissor.

c) elemento final de controle (E.F.C.):dispositivo que atua e modifica direta-mente o valor da varivel manipuladade uma malha de controle.

Localizao dos instrumentos.



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Instrumentao Bsica

Distribuido: Descentralizao dos da-dos, do processamento e das decises(estaes remotas). Alm de ofereceruma IHM (interface-homem-mquina)de grande resoluo, permite interfacea-mento com CLP (Controlador LgicoProgramvel), equipamentos inteligen-tes (Comunicao Digital HART) esistemas em rede.

Dispositivos de painel:a) indicador: instrumento que nos forne-

ce uma indicao visual da situao dasvariveis no processo. Um indicadorpode-se apresentar na forma analgicaou digital.

b) registrador: instrumento que registraa varivel atravs do trao contnuo,pontos de um grfico, etc.

c) conversor: instrumento que recebeuma informao como um sinal eltri-co ou pneumtico, altera a forma destee o emite como um sinal de sada. Oconversor tambm conhecido comotransdutor. Todavia, o transdutor umtermo genrico cujo emprego especfi-co para a converso de sinal no re-comendado.

d) controlador: instrumento provido deuma sada de sinal para o processo, como objetivo de manter a varivel de pro-cesso (presso, temperatura, vazo, n-vel, etc.) dentro do set point.

Os controladores podem ser divididos em: analgico: possui construo de tecno-

logia pneumtica ou eletrnica. digital: possui construo de tecnolo-

gia digital, podendo ser do tipo single-

loop ou multi-loop. single-loop: entende-se por single-loopum controlador, coordenando apenasuma malha de determinada varivel(presso, temperatura, nvel, vazo,etc.).

multi-loop: entende-se como um con-trolador, que atua sobre diversas vari-veis. Isto significa que com apenas umcontrolador possvel controlar, simul-taneamente, uma malha de presso,

uma malha de temperatura, uma malhade pH, etc.e) SDCD (Sistema Digital de Controle

Distribudo):

Sistema: Conjunto integrado de dispo-sitivos que se completam no cumpri-mento das suas funes.

Digital: Utilizando tcnicas de proces-samento digital (discreto) em contra-posio ao anlogo (contnuo).

De Controle: Com vistas a manter ocomportamento de um dado processodentro do pr-estabelecido.

Anotaes



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4Medio

de Presso4.1 Introduo

O presente captulo tem por objetivo, con-ceituar presso, uma das variveis importan-tes presentes na indstria, e compreender osfenmenos relacionados a esta grandeza.

Na indstria, a varivel presso uma das

grandezas fsicas constantemente inferidascomo forma de monitorar ou controlar diretaou indiretamente a forma ou estado de um pro-duto ou material.

Partindo-se do pressuposto que: no sepode controlar o que no se mede, com tombvio, possvel extrair a verdade da base docontrole automtico de processo.

Na atualidade, o mercado tem disponibi-

lizado diversas tecnologias na rea de teleme-tria, estas por sua vez oferecem uma maiorperformance na medio, como preciso, exa-tido e resoluo.

PressoA medio de presso o mais importantepadro de medida, uma vez que as medidasde vazo, nvel e outras podem ser feitas uti-lizando-se os mesmos princpios.

A presso definida como uma fora atuan-do em uma unidade de rea.

4.2 Peso EspecficoRelao entre o peso e o volume de uma

determinada substncia. representado pelaletra gama () e apresentada como unidade usualkgf/m3.

4.3 Gravidade EspecficaRelao entre a massa de uma substncia

e a massa de um mesmo volume de gua,ambas tomadas mesma temperatura.

4.4 Princpios, leis e teoremas da fsicautilizados na medio de presso4.4.1 Lei da Conservao de energia (Teoremade Bernoulli)

Teorema estabelecido por Bernoulli em1738. Relaciona as energias potenciais e cin-

ticas de um fluido ideal, ou seja, sem viscosi-dade e incompressvel. Atravs deste teorema,pode-se concluir que, para um fluido perfeito,toda forma de energia pode ser transformadaem outra, permanecendo constante sua soma-tria ao longo de uma linha de corrente. As-sim sua equao representativa :

2 21 11 22 21 1 2 2P . V . g . h P . V g . h cte+ + = + + =

Esta equao pode ser simplificada emfuno das seguintes situaes:a) Se a corrente for constante na direo

horizontal, tem-se que:

2 21 11 22 21 2P . V P . V cte+ = + =

b) Se a velocidade nula e, assim, o flui-do encontra-se em repouso, tem-se:

1 1 2 2P gh P gh cte+ = + =

4.4.2 Teorema de StevinEste teorema foi estabelecido por Stevin

e relaciona as presses estticas exercidas porum fluido em repouso com a altura da colunado mesmo em um determinado reservatrio.

Seu enunciado prev que:

A diferena de presso entre dois pontos

de um fluido em repouso igual ao produtodo peso especfico do fluido pela diferena decota entre os dois pontos.



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P2 P1 = P = (h2 h1) .

Observao:

1. Este teorema s vlido para fluidos em repouso.

2. A diferena de cotas entre dois pontos deve ser feita na vertical.

4.4.3 Princpio de PascalA presso exercida em qualquer ponto de um lquido em forma esttica, transmite-se inte-

gralmente em todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais.Devido aos fluidos serem praticamente incompressveis, a fora mecnica desenvolvida em

um fluido sob presso pode ser transmitida.

Se uma fora F1 = 10 kgf for aplicada so-bre o pisto 1, o pisto 2 levantar um peso de50 kgf devido ao fato do mesmo ter uma rea5 vezes maior que a rea do pisto 1.

1 21 2

1 2

F FP e P

A A= = como P1 = P2

1 2

1 2

F F

A A=

Outra relao:O volume deslocado ser o mesmo.V1 = A1 x h1 V2 = A2 x h2

A1 x h1 = A2h2

Exemplo:Sabendo-se que F1 = 20 kgf, A1 = 100 cm

2

e A2 10 cm2, possvel calcular F2.

21 2 2

2 1 21 2 1

F F A 20 x 10 kgf x cm

F F xA A A 100 cm= = =

F2 = 2 kgf

4.4.4 Equao ManomtricaEsta equao relaciona as presses apli-

cadas nos ramos de uma coluna de medio ea altura de coluna do lquido deslocado. Aequao apresenta-se como a expresso mate-mtica resultante dessa relao.

1 1 2 2P (h . ) P (h . )+ = +

1 2 2 1P P . (h h ) =

4.5 Definio de PressoPode ser definida como a relao entre

uma fora aplicada perpendicularmente (90)a uma rea, conforme demonstrado na figura

seguinte, e expressa pela equao:F Fora

PA rea

= =



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Exemplo de aplicao de uma fora em uma superfcie(10 kgf/cm2).

A presso pode ser tambm expressa comoa somatria da presso esttica e presso di-nmica e, assim, chamada de presso total.

4.5.1 Presso Esttica a presso exercida em um ponto, em flui-

dos estticos, e transmitida integralmente emtodas as direes, de modo a produzir a mes-ma fora em reas iguais.

4.5.2 Presso Dinmica a presso exercida por um fluido em

movimento paralelo sua corrente. A pressodinmica representada pela seguinte equao:

2 21Pd . . V (N / m )2=

4.5.3 Presso total a presso resultante da somatria das

presses estticas e dinmicas exercidas porum fluido que se encontra em movimento.

4.5.4 Tipos de Presso MedidasA presso medida pode ser representada

pela presso absoluta, manomtrica ou dife-rencial. A escolha de uma destas trs dependedo objetivo da medio. A seguir ser defini-do cada tipo, bem como suas inter-relaes e

unidades utilizadas para represent-las.Presso absoluta

a presso positiva a partir do vcuo per-feito, ou seja, a soma da presso atmosfricado local e a presso manomtrica. Geralmen-te, coloca-se a letra A aps a unidade. Quandoa presso representada abaixo da pressoatmosfrica por presso absoluta, esta deno-minada grau de vcuo ou presso baromtrica.

Presso manomtrica a presso medida em relao pressoatmosfrica existente no local, podendo serpositiva ou negativa. Geralmente, coloca-se aletra G aps a unidade para represent-la.Quando se fala em uma presso negativa emrelao presso atmosfrica, esta denomi-nada presso de vcuo.

Presso diferencial o resultado da diferena de duas pres-

ses medidas. Em outras palavras, a pressomedida em qualquer ponto, exceto no pontozero de referncia da presso atmosfrica.

Relao entre Tipos de Presso MedidaA figura a seguir mostra graficamente a

relao entre os trs tipos de presso medida.

Relao entre dois tipos de presso.



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4.5.5 Unidades de PressoA presso possui vrios tipos de unidade.

Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacio-nal e de coluna de lquido so utilizados tendocomo referncia a presso atmosfrica e esco-lhidos, dependendo da rea de utilizao, tipos

de medida de presso, faixa de medio, etc.Em geral, so utilizados para medio depresso as unidades Pa, N/m2, kgf/cm2, mmHg,mmH2O, lbf/pol

2, Atm e bar.

Kgf/cm2 Ibf/pol2 BAR Pol Hg Pol H2O ATM mmHg mmH2O kpa

Kgf/cm2 1 14,233 0,9807 28,95 393,83 0,9678 735,58 10003 98,0665

lbf/pol2 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 70329 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 25,399 345,40 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 0,00135 0,019337 0,00133 0,03937 0,5354 0,001316 1 13,598 0,013332

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

Tabela 1 - Converso de Unidades de Presso

A seleo da unidade livre, mas, geral-mente, deve-se escolher uma grandeza paraque o valor medido possa estar nas faixa de0,1 a 1000. Assim, as sete unidades so livres,porm, com freqncia, deve-se escolher umagrandeza para que o valor medido possa es-tar na faixa de presso utilizada no campo dainstrumentao industrial. Suas relaes po-dem ser encontradas na tabela de converso aseguir.

H2O a 60FHg a 32F

Elemento de transfernciaAquele que amplia o deslocamento ou a

fora do elemento de recepo ou que trans-forma o mesmo em um sinal nico de trans-misso do tipo eltrica ou pneumtica, envia-da ao elemento de indicao (exemplo: linksmecnicos, rel piloto, amplificadores opera-cionais).

Elemento de indicao

Aquele que recebe o sinal do elemento detransferncia e indica ou registra a pressomedida (exemplo: ponteiros, displays).

4.7 Principais Tipos de Medidores4.7.1 Manmetros

So dispositivos utilizados para indicaolocal de presso e, em geral, esto divididosem duas partes principais: o manmetro de l-quidos, que utiliza um lquido como meio parase medir a presso, e o manmetro tipo elsti-

co, que utiliza a deformao de um elementoelstico como meio para se medir a presso.A tabela a seguir classifica os manme-

tros de acordo com os elementos de recepo.

4.6 Tcnicas de medio de presso4.6.1 Introduo

A medio de uma varivel de processo feita, sempre, baseada em princpios fsicos ouqumicos e nas modificaes que sofrem asmatrias quando sujeitas s alteraes impos-tas por esta varivel. A escolha dos princpiosest associada s condies da aplicao. Nes-se tpico, sero abordadas as principais tcni-cas e princpios de sua medio com objetivo

de facilitar a anlise e escolha do tipo maisadequado para cada aplicao.

4.6.2 Composio dos Medidores de PressoOs medidores de presso, de um modo

geral, divididos em trs partes, so fabricadospela associao destas partes ou mesmo incor-porados a conversores e, por isso, recebem onome de transmissores de presso. As trs par-tes de um medidor de presso so:

Elemento de recepoAquele que recebe a presso a ser medidae a transforma em deslocamento ou fora(exemplo: bourdon, fole, diafragma).



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Instrumentao Bsica

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Tipos de Manmetro Elementos de Recepo

Manmetros de lquidos

Manmetro Elstico

Tipo tubo em UTipo tubo retoTipo tubo inclinado

Tipo tubo de Boudon

Tipo diafragmaTipo foleTipo cpsula

Tipo CTipo espiralTipo helicoidal

4.7.2 Manmetro de LquidoPrincpio de funcionamento e construo

um instrumento de medio e indicaolocal de presso baseado na equao mano-mtrica. Sua construo simples e de baixocusto. Basicamente, constitudo por tubo devidro com rea seccional uniforme, uma esca-la graduada, um lquido de enchimento.

Lquidos de enchimentoA princpio, qualquer lquido com baixa

viscosidade, e no voltil nas condies demedio, pode ser utilizado como lquido deenchimento. Entretanto, na prtica, a gua des-tilada e o mercrio so os lquidos mais utili-zados nesses manmetros.

Faixa de medioEm funo do peso especfico do lquido

de enchimento e tambm da fragilidade do tubode vidro que limita seu tamanho, este instru-mento utilizado somente para medio debaixas presses.

Em termos prticos, a altura de colunamxima disponvel no mercado de 2 metros,e, assim, a presso mxima medida de2 mmH2O, caso se utilize gua destilada, e2 mmHg com utilizao do mercrio.

Condio de leitura (formao do menisco)O mercrio e a gua so os lquidos mais

utilizados para os manmetros de lquidos etm diferentes formas de menisco (figura se-guinte). No caso do mercrio, a leitura efeitana parte de cima do menisco, e para a gua, naparte de baixo do menisco. A formao domenisco ocorre devido ao fenmeno de tubocapilar, causado pela tenso superficial do l-quido e pela relao entre a adeso lquido-slido e a coeso do lquido.

Num lquido que molha o slido (gua)tem-se uma adeso maior que a coeso. A ao

da tenso superficial, neste caso, obriga o l-quido a subir dentro de um pequeno tubo verti-cal. Para lquidos que no molham o slido(mercrio), a tenso superficial tende a rebai-xar o menisco num pequeno tubo vertical. Noh relao entre presso e tenso superficialdentro do tubo, precisando assim de compensao.

Forma de menisco.

O valor a ser compensado em relao aodimetro interno do tubo d aproximada-mente:

Mercrio somar14

dno valor da leitura

gua somar30

dno valor da leitura

Observa-se que d amplamente utiliza-do na faixa de 6 ~ 10 mm. Na faixa de 6 mm,o valor muito grande, ou seja, 2,3 mm paramercrio e 5 mm para gua. Assim, quando apresso de medio zero, pode-se confirmara posio do menisco. Neste instante, mede-se a altura em que a parte de cima ou a partede baixo mudam pela presso. Neste caso, no preciso adicionar a compensao.

Quanto ao limite mnimo que se pode lerem uma escala graduada a olho nu, este deaproximadamente 0,5 mm. Na prtica, portan-

to, o valor mais utilizado para diviso de umaescala de 1mm para manmetro de lquidode uso geral e de 0,1mm (com escala secund-ria) para manmetro padro.

Influncia da temperatura na leituraComo a medio de presso utilizando

manmetro de lquido depende do peso espe-cfico do mesmo, a temperatura do ambienteonde o instrumento est instalado ir influen-ciar no resultado da leitura, sua variao, caso

ocorra, deve ser ento, compensada. Isto ne-cessrio, pois na construo da escala leva-da em considerao a massa especfica do l-quido a uma temperatura de referncia.



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Instrumentao Bsica

Se o lquido utilizado for o mercrio, nor-malmente, considera-se como temperatura dereferncia 0C, e, por conseguinte, sua massaespecfica ser 13.595,1 kg/m3.

Caso a gua destilada seja o lquido utili-zado, considera-se como temperatura de refe-rncia 4C, e, desta maneira, sua massa espe-cfica ser 1.000,0 kg/cm3.

Na prtica, utiliza-se a temperatura de20C como referncia e esta deve ser escritana escala de presso.

Outra influncia da temperatura na medi-o de presso por este dispositivo decor-rente do comprimento da escala alterar-se em

funo da variao de temperatura. Quando hnecessidade de leituras precisas, esta variaodeve ser compensada.

4.8 Tipos de Manmetro Lquido4.8.1 Manmetro tipo Coluna em U

O tubo em U um dos medidores depresso mais simples entre os medidores parabaixa presso. constitudo por um tubo dematerial transparente (geralmente vidro),recurvado em forma de U e fixado sobre umaescala graduada. A figura seguinte mostra trsformas bsicas.

Manmetro tipo coluna U.

No tipo (a), o zero da escala est no mes-mo plano horizontal que a superfcie do lqui-do quando as presses P1 e P2 so iguais. Nes-te caso, a superfcie do lquido desce no ladode alta presso e, conseqentemente, sobe nolado de baixa presso. A leitura feita, soman-do-se 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, hnecessidade de se ajustar a escala a cada mu-dana de presso.

No tipo (c) a leitura feita a partir do pon-to mnimo da superfcie do lquido no lado dealta presso, subtrada do ponto mximo dolado de baixa presso. A leitura pode ser feita,simplesmente, medindo o deslocamento dolado de baixa presso a partir do mesmo nvel

do lado de alta presso, tomando como refe-rncia o zero da escala.A faixa de medio de aproximadamen-

te 0 ~ 2000 mmH2O/mmHg.

4.8.2 Manmetro tipo Coluna Reta VerticalO emprego deste manmetro idntico ao

do tubo em U.As reas dos ramos da coluna so diferen-

tes, pois a maior presso aplicada normal-mente no lado de rea maior e provoca umpequeno deslocamento do lquido na mesma,fazendo com que o deslocamento no outroramo seja bem maior, face ao volume deslo-cado ser o mesmo e sua rea bem menor. Cha-mando as reas do ramo reto e do ramo demaior rea de a e A, respectivamente, eaplicando presses P1 e P2 em suas extremida-des, tem-se pela equao manomtrica:

P1 P2 = (h2 + h1)

Como o volume deslocado o mesmo,

tem-se:

A . h1 = a . h2 h1 =a

A. h2



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Instrumentao Bsica

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Substituindo o valor de h1, na equaomanomtrica, obtm-se:

P1 P2 = . h2a

1A

+

Como A muito maior que a, a equa-o anterior pode ser simplificada e reescrita.Assim, a seguinte equao utilizada paraclculo da presso.

P1 P2 = . h2

Manmetro tipo coluna reta vertical.

4.8.3 Manmetro tipo Coluna InclinadaEste Manmetro utilizado para medir bai-

xas presses na ordem de 50 mmH2O. Sua cons-truo feita inclinando um tubo reto de peque-no dimetro, de modo a medir, com boa preci-so, presses em funo do deslocamento do l-quido dentro do tubo. A vantagem adicional a

de expandir a escala de leitura o que muitasvezes conveniente para medies de pequenaspresses com boa preciso ( 0,02 mmH2O).

A figura a seguir representa o croqui cons-trutivo de um manmetro tipo coluna inclina-da, onde o ngulo de inclinao, a eA so reas dos ramos.

P1 e P2 so as presses aplicadas, saben-do-se que, P1 > P2.

Como a quantidade deslocada, em volu-me, a mesma e os ramos apresentam reas

diferentes, tem-se:

P1 P2 = . la

senA

+

pois h2 = l . sen

Manmetro tipo tubo inclinado.

Conseqentemente, a proporo da dife-rena entre as alturas das duas superfcies dolquido :

1 2

1 1 1ah h h senA

= =+ +

O movimento da superfcie do lquido

aplicado de1

asen

A

vezes para cada tipo

de tubo reto.Quanto menores forem a/A e , maior ser

a taxa de ampliao. Devido s influncias dofenmeno de tubo capilar e da uniformidadedo tubo, recomendvel utilizar o grau de in-clinao de aproximadamente 1/10. A leitura,neste tipo de manmetro, feita com o meniscona posio vertical em relao ao tubo reto. Odimetro interno do tubo reto de 2 ~ 3 mm, afaixa de utilizao de aproximadamente10 ~ 50 mm H2O, e utilizado como padronas medidas de micropresso.

4.8.4 AplicaoOs manmetros de lquido foram larga-

mente utilizados na medio de presso, nvele vazo nos primrdios da instrumentao.Hoje, com o advento de outras tecnologias, quepermitem leituras remotas, a aplicao destesinstrumentos na rea industrial limita-se a lo-cais ou situaes cujos valores medidos noso cruciais no resultado final do processo, oua locais cuja distncia da sala de controle in-viabiliza a instalao de outro tipo de instru-mento. nos laboratrios de calibrao queainda encontra-se, porm, sua grande utiliza-o, pois podem ser tratados como padres.

4.8.5 Manmetro Tubo BourdonConstruo e caracterstica do tubo de Bourdon

Tubo de Bourdon consiste em um tubocom seo oval, que, disposto em forma deC, espiral ou helicoidal conforme Figura aseguir, tem uma de suas extremidades fecha-da e a outra aberta presso a ser medida.

Com presso agindo em seu interior, otubo tende a tomar uma seo circular, resul-tando em movimento em sua extremidade fe-

chada. Este movimento, atravs de engrena-gens, transmitido a um ponteiro, que ir in-dicar uma medida de presso em uma escalagraduada.



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Instrumentao Bsica

A construo bsica, o mecanismo inter-no e seo de tubo de Bourdon, so mostradosnas figuras seguintes.

Seo de Bourdon.

Mecanismo interno.

Construo bsica do manmetro de Bourdon tipo C.

4.9 Manmetro Tipo ElsticoEste tipo de instrumento de medio de

presso baseia-se na lei de Hooke sobre elas-ticidade dos materiais.

Em 1979, Robert Hooke estabeleceu estalei que relaciona a fora aplicada em um cor-po e a deformao por ele sofrida. De acordocom seu enunciado: o mdulo da fora apli-cada em um corpo proporcional deforma-

o provocada.Esta deformao pode ser dividida em

elstica (determinada pelo limite de elastici-dade), e plstica ou permanente.

Os medidores de presso do tipo elsticoso submetidos a valores de presso sempreabaixo do limite de elasticidade, pois, assim,cessada a fora a ele submetida, o medidorretorna para sua posio inicial sem perder suascaractersticas.

Esses medidores podem ser classificados

em dois tipos:1. conversor da deformao do elementode recepo em sinal eltrico ou pneu-mtico.

2. indicador/amplificador de deformaodo elemento de recepo atravs da con-verso de deslocamento linear em n-gulos utilizando dispositivos mecnicos.

Funcionamento do medidor tipo elsticoO elemento de recepo de presso tipo els-

tico sofre maior deformao quanto maior for apresso aplicada. Esta deformao medida pordispositivos mecnicos, eltricos ou eletrnicos.

O elemento de recepo de presso tipoelstico, comumente chamado de manmetro, aquele que mede a deformao elstica so-frida quando est submetido a uma fora re-sultante da presso aplicada sobre uma rea es-pecfica. Esta deformao provoca um deslo-camento especfico linear, que convertido, deforma proporcional, um deslocamento angu-lar atravs de mecanismo especfico. Ao deslo-camento angular, anexado um ponteiro, quepercorre uma escala linear, que representa a fai-xa de medio do elemento de recepo.

Principais tipos de elementos de recepoA tabela abaixo mostra os principais tipos

de elementos de recepo utilizados na medi-o de presso baseada na deformao elsti-ca, bem como sua aplicao e faixa recomen-dvel de trabalho.

b) Material de BourdonO tipo de material a ser utilizado na con-

feco de Bourdon determinado de acordo

com a faixa de presso a ser medida e a com-patibilidade com o fluido. A tabela a seguirindica os materiais mais utilizados na confec-o do tubo de Bourdon.

Elemento Recepode Presso Aplicao / Restrio

Tubo de Bourdon

Faixa de Presso(mx)

No apropriado paramicropresso

~ 1000 kgf/cm2

Diafragma Baixa presso ~ 3 kgf/cm2

Fole Baixa e mdia presso ~ 10 kgf/cm2

Cpsula Micropresso ~ 300 mmH2O



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Material Composio

Bronze

Alumibras

Ao Inox

Bronze Fosforoso

Cobre berlioLiga de Ao

Coeficiente deElasticidade

Cu 60 ~ 71 e Zn

Cu 76, Zn 22, Al 12

Ni 10 ~ 14, Cr 16 ~18 e Fe

Cu 92, Sn 8, P 0.03

Be 1 ~ 2, Co 0,35 e CuCr 0.9 ~ 1.2, Mo 0.15 ~ 30 e Fe

1.1 x 108 kgf/cm2

1.1 x 104

1.8 x 104

1.4 x 104

1.3 x 104

2.1 x 104

~ 50 kgf/cm2

~ 50

~ 700

~ 50

~ 700~ 700

Faixa deUtilizao

Classificao dos manmetros tipo BourdonOs manmetros tipo Bourdon podem ser

classificados quanto ao tipo de presso medi-da e quanto classe de preciso.

Quanto ao tipo de presso, pode ser ma-nomtrica, vcuo, ou presso diferencial.

Quanto classe de preciso, a classifica-o pode ser obtida atravs das tabelas deManmetro / vacumetro e Manmetro com-posto, a seguir.

A presso indicada resultante da diferen-a de presso aplicada em cada Bourdon. Porutilizar tubo de Bourdon, sua faixa de utiliza-

L H

Manmetros de presso diferencial.

Manmetros tipo dos ponteiro.

Manmetro duploSo manmetros com dois Bourdons e mecanismos independentes, e utilizados para medir

duas presses distintas, porm com mesma faixa de trabalho. A vantagem deste tipo est no fatode utilizar uma nica caixa e um nico mostrador.

o aproximadamente de 2 a150 kgf/cm2. Sua aplicao ocor-re, geralmente, em medio denvel, vazo e perda de carga em

filtros.

Manmetro com selagem lquidaEm processos industriais que manipulam

fluidos corrosivos, txicos, sujeitos alta tem-peratura e/ou radioativos, a medio de pres-

so com manmetro tipo elstico torna-se im-praticvel, pois o Bourdon no adequado paraesta aplicao, seja em funo dos efeitos dadeformao proveniente da temperatura, seja

pela dificuldade de escoamento de fluidos vis-cosos gerada pelo ataque qumico de fluidoscorrosivos. Nesse caso, a soluo recorrer utilizao de algum tipo de isolao para im-

pedir o contato direto do fluido do processocom o Bourdon. Existem, basicamente, doistipos de isolao, tecnicamente chamada de se-lagem. Um com selagem lquida, utilizando



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Instrumentao Bsica

Manmetro com selo de diafragma.

Pote de Selagem.

Acessrios para manmetro tipo BourdonAmortecedores de pulsao

Os amortecedores de pulsao tm por fi-nalidade restringir a passagem do fluido doprocesso at um ponto ideal em que a freqn-cia de pulsao torne-se nula ou quase nula.

Amortecedores de pulsao.

B C D

A Amortecedor de pulsao ajustvel,dotado de disco interno com perfu-rao de dimetro varivel. Atravsda seleo dos orifcios do disco in-terno, escolhe-se o que apresentamelhor desempenho.

B Amortecedor de pulsao no ajust-vel, dotado de capilar interno de inox.

C Amortecedor de golpes de ariete,com corpo de lato e esfera bloquea-dora de ao.

D Vlvula de agulha, supressora de pul-sao com regulagem externa. Paraencontrar o ponto de melhor desem-penho, abre-se a vlvula quase total-mente, em seguida, fecha-se gradati-vamente, at que o ponteiro do instru-mento estabilize.

SifesOs sifes so utilizados para isolar o

calor das linhas de vapor d'gua ou lquidosmuito quentes, cuja temperatura supera o li-mite previsto para o instrumento de presso.O lquido que fica retido na curva do tubo-sifo esfria, e essa poro de lquido que irter contato com o sensor elstico do instrumen-to, de forma a no permitir que a alta tempera-tura do processo atinja diretamente o mesmo.

Tipos de Sifo.

A Cachimbo B Rabo de

PorcoC Bobina D Alta Presso

A

um fluido lquido inerte em contato com oBourdon e que no se mistura com o fluido doprocesso. Nesse caso usado um pote de sela-gem conforme Figura abaixo.

Este acessrio instalado em conjuntocom o manmetro, a fim de estabilizar ou di-minuir as oscilaes do ponteiro em funodo sinal pulsante. A estabilizao do ponteiropossibilita a leitura da presso e tambm au-menta a vida til do instrumento.

Os amortecedores de pulsao podem seradquiridos com restrio fixa ou ajustveis. Afigura a seguir mostra alguns tipos de amorte-cedores de pulsao encontrados no mercado.

O outro tipo, tambm com selagem lqui-da, utiliza, porm, um diafragma como selo.O fluido de selagem mais utilizado, nesse caso, a glicerina, por ser inerte a quase todos osfluidos. Este mtodo o mais utilizado e j fornecido pelos fabricantes, quando solicita-do. Um exemplo desse tipo mostrado na Fi-gura abaixo.



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Supressor de Presso.

Supressor de pressoEste acessrio tem por finalidade prote-

ger os manmetros de presses que ultrapas-sem, ocasionalmente, as condies normais deoperao. recomendvel, nesses casos, paraevitar ruptura do elemento de presso. Seu blo-queio est relacionado com a velocidade doincremento de presso. O ponto de ajuste deve

Manmetro tipo DiafragmaEste tipo de medidor utiliza o diafragma

para medir determinada presso, bem como,para separar o fluido medido do mecanismointerno. Foi mostrado anteriormente o man-metro tipo de Bourdon que utiliza selagem l-quida. Neste item ser abordado o medidor que

utiliza um diafragma elstico.A Figura anterior mostra este tipo de me-didor.

A rea de recepo de presso do diafrag-ma, muda de acordo com a quantidade de des-locamento. Para se obter linearidade, em fun-o de grande deslocamento, deve-se fazer odimetro com dimenses maiores. A rea efe-tiva do diafragma calculada pela seguinteequao.

Ae = 8 (a2 + b2) (cm2)

Onde:a = dimetro livre do diafragma

b = dimetro de chapa reforada

E ainda, a quantidade de deslocamento calculada pela seguinte equao.

S = Ae .P . Cd

Anotaes

ser atingido de modo que, com incremento len-to de presso, o bloqueio ocorra entre 80 a120% do valor da escala. Nesta condio,haver o bloqueio em qualquer valor inferiora 80%, no caso de incrementos rpidos depresso. Para manmetros com escala infe-rior a 3 kgf/cm2, seu bloqueio poder situar-seem at 130% do valor da escala.



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Instrumentao Bsica

5Instrumento de

Transmisso de sinalOs instrumentos de transmisso de sinal

de presso tm a funo de enviar informa-es distncia das condies atuais de pro-cesso desta varivel. Tais informaes so en-viadas de forma padronizada, atravs de di-versos tipos de sinais e utilizando sempre umdos elementos sensores j estudado anterior-

mente (fole, diafragma, cpsula, etc.), associa-dos a conversores, cuja finalidade principal transformar as variaes de presso detecta-das pelos elementos sensores em sinais padresde transmisso.

5.1 Tipos de transmissores de presso5.1.1 Transmissores pneumticos

Pioneiros na instrumentao, estes trans-missores possuem um elemento de transfern-cia que converte o sinal detectado pelo elemen-

to receptor de presso em um sinal de trans-misso pneumtico. A faixa padro de trans-misso (pelo sistema internacional) de 20 a100 kPa, porm, na prtica, so usados outrospadres equivalentes de transmisso tais como3 ~ 15 psi, 0,2 a 1,0 kgf/cm2 e 0,2 a 1,0 bar.

A alimentao do instrumento, denomi-nada de suprimento de ar, normalmente de1,4 kgf/cm2. Em instrumentos industriais, o arde suprimento vindo da fonte (compressor)deve ser limpo e constante, contribuindo, com

isto, para aumentar a vida do instrumento, bemcomo proporcionar seu bom funcionamento.Por isso, faz-se necessrio controlar o ambien-te ao redor do compressor, para obter satisfa-toriamente o ar de suprimento.

Os transmissores pneumticos so fabri-cados a partir de dois mtodos de conversode sinal. So eles:

a) Mtodo de equilbrio.b) Mtodo de equilbrio de movimento

(conforme Figuras ao lado)

Em ambos os casos, um mecanismo cons-titudo por uma lmina metlica, denominadade palheta, e por um orifcio especfico deexausto de ar, denominado de bico, chamado

sistema bico-palheta, utilizado como elemen-to de converso. Este sistema interligado aum dispositivo amplificador de sinais pneu-mticos de 0,2 a 1,0 kgf/cm2. Completa esteinstrumento, um fole de realimentao, cujafuno garantir as condies de equilbriodo instrumento.

A diferena bsica entre estes dois mto-dos est somente na forma com que o sinaldetectado convertido. No mtodo de equil-brio de fora, o bico mantm-se fixo e somen-te a palheta afasta-se ou aproxima-se do mes-mo para ganhar uma contrapresso, proporcio-nal detectada, que ser amplificada pelo relpiloto.

No mtodo de equilbrio de movimento,tanto o bico quanto a palheta movimentam-separa obter a contrapresso correspondente presso detectada.

Mtodo de equilbrio de movimento ou posio.

Mtodo de equilbrio de fora (equilbrio de vetor).



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Resistncia eltrica para medio de presso.

5.1.2 Transmissores eletrnicos analgicosEstes transmissores, sucessores dos pneu-

mticos, possuem elementos de deteco si-milares aos pneumticos, porm utilizam ele-mentos de transferncia que convertem o si-nal de presso detectado em sinal eltrico pa-

dronizado de 4 a 20 mAdc. Existem vriosprincpios fsicos relacionados a variaes depresso que podem ser utilizados como ele-mentos de transferncia. Os mais utilizados,nos transmissores mais recentes, so:

Fita Extensiomtrica (Strain Gauge) um dispositivo que mede a deformao

elstica sofrida pelos slidos quando estes sosubmetidos ao esforo de trao ou compres-so. So, na realidade, fitas metlicas fixadas

adequadamente nas faces de um corpo a sersubmetido ao esforo de trao ou compres-so e que tm sua seo transversal e seu com-primento alterados devido ao esforo impostoao corpo. Estas fitas so interligadas em umcircuito tipo ponte de WHEATSTONE ajusta-da e balanceada para condio inicial. Ao teros valores de resistncia da fita mudada com apresso, esta sofre desbalanceamento propor-cional variao desta presso. So utilizadasna confeco destas fitas extensiomtricas,

metais que possuem baixo coeficiente de tem-peratura para que exista uma relao linearentre resistncia e tenso numa faixa maisampla. Vrios so os metais utilizados na con-feco da fita extensiomtrica. Como refern-cia, a tabela a seguir mostra alguns destes.

Denominao Constituio (Liga)

Constantan

Karma

479 PtNichrome V

Faixa deTemperatura

Cobre Nquel

Cobre Nquel Aditivado

Platina TungstnioNquel Cromo

+ 10 ~ 204oC

At 427oC

At 649o

CAt 649oC

Material para fabricao de Strain-gange.

O elemento de resistncia que mede pres-so utilizado como um lado de uma ponteconforme mostra a Figura seguinte para indi-car a variao de resistncia. Este tipo uti-lizado como padro para presso maior que3000 kgf/cm2. Por ter pouca histerese e no

possuir atraso de indicao apropriado paramedies de presso varivel.

Fixao Strain-gange.

Sensor PiezoeltricoA medio de presso utilizando este tipo

de sensor baseia-se no fato dos cristais assi-mtricos, ao sofrerem uma deformao elsti-ca ao longo do seu eixo axial, produzirem inter-

namente um potencial eltrico causando um flu-xo de carga eltrica em um circuito externo.

A quantidade eltrica produzida propor-cional presso aplicada, ou seja esta relao linear o que facilita sua utilizao. Outro fa-tor importante para sua utilizao est no fatode se utilizar o efeito piezoeltrico de semi-condutores, reduzindo assim o tamanho e pesodo transmissor, sem perda de preciso.

Cristais de turmalina, cermica Policris-talina Sinttica, quartzo e quartzo cultivado po-

dem ser utilizados na sua fabricao, porm oquartzo cultivado o mais empregado porapresentar caractersticas ideais de elasticida-de e linearidade.

A figura seguinte mostra o diafragma sim-plificado da construo do sensor piezoeltrico.

Construo Sensor Piezoeltrico.



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Instrumentao Bsica

Sensor Capacitivo (Clula Capacitiva) o sensor mais utilizado em transmisso-

res de presso. Nele, um diafragma de medi-o move-se entre dois diafragmas fixos. En-tre os diafragmas fixos e o mvel, existe umlquido de enchimento que funciona como umdieltrico. Como um capacitor de placas para-lelas, constitudo por estas, separadas por ummeio dieltrico. Ao sofrer o esforo de pres-so, o diafragma mvel (que vem a ser umadas placas do capacitor) tem sua distncia emrelao ao diafragma modificada. Isto provo-ca modificao na capacitncia

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