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smar FIRST IN FIELDBUS MANUAL DE TREINAMENTO CENTRO DE TREINAMENTO SMAR 1998 REV.1.4 E 1:02196

Índice Geral

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smarFIRST IN FIELDBUS

MANUAL DE TREINAMENTO

CENTRO DE TREINAMENTO SMAR

1998REV.1.4 E 1:02196

Page 2: Índice Geral

íNDICE GERAL

CAPíTULO 1 - CONCEITOS BÁSICOS DE INSTRUMENT AÇÃO E CONTROLE

1.1- INTRODUÇÃO- 1.1 -

1.2- ELEMENTOS DE UMA MALHA DE CONTROLE - 1.1 -1.2.1 - PROCESSO INDUSTRIAL - 1.1 -1.2.2 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - 1.1 -

• VARIÁVEL CONTROLADA - 1.1 -• MEIO CONTROLADO - 1.1 -• VARIÁVEL MANIPULADA -1.1 -• AGENTE DE CONTROLE - 1.2 -

1.2.3 - MALHA DE CONTROLE - 1.2 -• MALHA ABERTA - 1.2 -• MALHA FECHADA - 1.2 -* Elemento de Controle De Campo - 1.3 -* Elemento de Controle De Painel - 1.3 -

1.3 - TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA - 1.4 -1.3.1 - RANGE - 1.4 -1.3.2 - SPAN ': , - 1.4 -1.3.3 - ERRO " - 1.4 -1.3.4 - PRECISÃO , .. , , , - 1.4 -1.3.5 - ZONA MORTA , - 1.5-1.3.6 - SENSIBILIDADE , , , - 1.5 -1.3.7 - HISTERESIS , , , - 1.5 -1.3.8 - REPETIBILlDADE , , , , . - 1.5 -1.3.9 - CONFORMIDADE - 1.5-1.3.10- REPRODUCIBILlDADE ' - 1.5 -

1.4 - SIMBOLOGIA - 1.6 -

1.5 - EXERcíCIOS PROPOSTOS - 1.12 -

CAPíTULO 2 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - TEMPERATURA

2.1 - INTRODUÇÃO , - 2.1 -

2.2 - CONCEITOS BÁSICOS - 2.1 -

2.3 - ESCALAS DE TEMPERATURA , , - 2.1 -2.3.1 - ESCALAS " , - 2.1 -2.3.2 - CONVERSÃO DE ESCALAS - 2.2-2.3.3 - ESCALA INTERNACIONAL DE TEMPERATURA , - 2.3 -

2.4 - MEDIDORES DE TEMPERATURA _. _. _ - 2.4 -

2.4.1 - INTRODUÇÃO. , , . - 2.4 -2.4.2 - TERMÔMETRO DE VIDRO _ - 2.4 -2.4.3 - TERMÔMETROS BIMETÁLlCOS _ _.. _ _ _. - 2.5-2.4.4-TERMÔMETROS COM SISTEMA DE ENCHIMENTO _. , _~ 2.6 -2.4.5 - TERMORESISTÊNCIAS ., _ - 27-

a) PRINCíPIO DE FUNCIONAMENTO _.. _. __ _ , .. _. - 2.7 -b) CONTRUÇÃO FíSICA DO SENSOR _ _ _ - 2.8 -c) CARACTERíSTICAS DA TERMORESISTÊNCIA DE PLATINA _ _ - 2,8 -

Page 3: Índice Geral

d) VANTAGENS E DESVANTAGENS - 2.9-e) PRINCíPIO DE MEDiÇÃO - 2.9 -1. Ligação à 2 fios - 2.9 -2. Ligação à 3 fios - 2.10 -

2.4.6 - TERMOPARES - 2.11 -

a) EFEITOS TERMOELÉTRICOS - 2.11 -b) LEIS TERMOELÉTRICAS - 2.13 -c) CORRELAÇÃO DA f.e.m .. EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA - 2.14-d) TIPOS E CARACTERíSTICAS DOS TERMO PARES - 2.15-1- Termopares Básicos: - 2.15-2-TERMOPARES NOBRES - 2.16-3. TERMOPARES ESPECIAIS - 2.17-

e) CORREÇÃO DA JUNTA DE REFERÊNCIA - 2.17-f) ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES : - 2.18 -1-Associação série - 2.18 -2.Associação série-oposta - 2.18 -3-Associação em paralelo - 2.18 -g) FIOS DE COMPENSAÇÃO E EXTENSÃO - 2.19 -LIGAÇÃO - 2.19-i) SOLDAGEM DA JUNTA DE MEDiÇÃO - 2.21 -j) MOPAR DE ISOLAÇÃO MINERAL - 2.22 -

2.4.7 - PIRÔMETROS - 2.23 -

2.5- EXERCíCIOS PROPOSTOS - 2.26 -

CAPíTULO 3 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - PRESSÃO

3.1-INTRODUÇÃO - 3.1 -

3.2- CONCEITOS DE PRESSÃO: - 3.1 -3.2.1 - PRESSÃO - 3.1 -3.2.2 - MASSA ESPECíFICA E PESO ESPECíFICO - 3.1 -3.2.3 - TEOREMA DE STEVIN - 3.1 -3.2.4 - PRINCíPIO DE PASCAL - 3.2 -3.2.5 - ESCALAS DE PRESSÃO - 3.3 -

3.3- UNIDADES DE PRESSÃO - 3.4 -

3.4 - MEDIDORES DE PRESSÃO .3.4.1-MEDIDORES POR COLUNA lÍQUIDA .

a) Coluna em "U" .b) Coluna Reta Vertical .c) Coluna Reta Inclinada .d) índice .e) Vantagens e Desvantagens dos medidores por coluna liquida .

3.4.2 MEDIDORES POR ELEMENTOS ELÁSTICOS .

a) Manômetros de "Bourdon" .b) Manômetros de Fole .c) Manômetros de Diafragma .d) Precauções no emprego dos Manômetros tipo deformação de sólidos .

- 3.5 -- 3.5 -- 3.5 -- 3.5 -- 3.6 -- 3.6 -- 3.6 -

- 3.6 -- 3.7 -- 3.7 -- 3.8 -- 3.9 -

3.5 - SISTEMA DE SELAGEM .

3.5.1 - APLICAÇÃO .3.5.2 - TIPOS DE SELAGEM .

3.6 - MEDIDORES ESPECIAIS DE PRESSÃO .3.6.1 - TIPOS DE TRANSDUTORES .

a) Transdutor de Pressão Indutivo .b) Transdutor de Pressão Capacitivo .

- 3.9 -- 3.9 -

- 3.10 -

- 3.11 -- 3.12 -- 3.12 -- 3.12 -

Page 4: Índice Geral

c) Transdutor Piezoelétrico - 3.13 -d) Transdutor Piezoresistivo (Extensômetro

...................................................... - 3.13 -

3.7 -TRANSMISSORES DE PRESSÃO - 3.14-3.7.1 - TRANSMISSORES PNEUMÁTICOS - 3.14-3.7.2 - TRANSMISSORES ELETRÔNICOS - 3.15-

3.8 - EXERcíCIOS PROPOSTOS - 3.17 -

CAPíTULO 4 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - NíVEL

4.1- INTRODUÇÃO - - 4.1 -

4.2 - MEDiÇÃO DE NíVEL DIRETA - 4.2-4.2.1 RÉGUA OU GABARITO - 4.2 -4.2.2 VISORES DE NíVEL - 4.2 -

a) Visores de vidro tubular - 4.2 -b) Visores de Vidro Plano - 4.2 -c) Visor de nível blindado (Magnético)

- 4.4 -

4.2.3 - MEDiÇÃO POR BÓiA OU FLUTUADO R - 4.4 -a) Chave de nível tipo flutuador - 4.4 -b) Medidor contínuo tipo flutuador - 4.4 -

4.3 - MEDiÇÃO DE NIVEl INDIRETA - 4.5-4.3.1 - MEDiÇÃO POR DESlOCADOR (EMPUXO) - - 4.5 -

a) Chave de nível tipo deslocador - 4.5 -b) Medidor contínuo de nível tipo deslocador - 4.6 -

4.3.2 MEDiÇÃO TIPO PRESSÃO HIDROSTÁTICA - 4.7-a) Medição com Elevação de Zero _ - 4.8 -b) Medição com Supressão de Zero - 4.9 -

4.3.3 MEDiÇÃO POR BORBUlHADOR - 4.9-4.3.4 MEDiÇÃO POR CÉLULA DE CARGA (PESAGEM) - 4.10 -4.3.5 MEDiÇÃO TIPO Ul TRASSOM - 4.10 -4.3.6 MEDiÇÃO POR RADIAÇÃO - 4.11 -4.3.7 MEDiÇÃO TIPO CAPACITIVO - 4.11-

4.4- EXERCíCIOS PROPOSTOS - 4.14 -

CAPíTULO 5 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - VAZÃO

5.1 - INTRODUÇÃO

5.2 - MÉTODOS PARA MEDiÇÃO DE VAZÃO .

- 5.1 -

- 5.1 -

5.3 -MEDiÇÃO POR ELEMENTOS DEPRIMOGÊNIOS - 5.1 -5.3.1 - CONCEITOS BÁSICOS - 5.4 -

a) Equação da Continuidade - 5.4 -b) Equação de Bernoulli - 5.4 -c) Equação Básica para Elementos Deprimogênios - 5.5 -d) Malha para Medição de Vazão - 5.5 -

5.3.2 - PLACA DE ORIFíCIO .. __ - 5.7 -

a) Tipos de Orifícios - 5.8 -b) Tipos de Bordo - 5.8 -c) Tipos de Tomada de Impulso - 5.9 -d) Trechos retos adotados em projetos _ _ - 5.10 -

Page 5: Índice Geral

5.3.3 - TUBO VENTURI - 5.11 -5.3.4 - BOCAL - 5.11 -

1-Bocal ISA 1932 - 5.11 -2- Bocal ASME - 5.12 -

5.4 - MEDiÇÃO DE VAZÃO POR ÁREA VARIÁVEL .5.4.1 - ROTÂMETRO .

- 5.12 -- 5.12 -

5.5 - MEDIDOR MAGNÉTICO DE VAZÃO - 5.13-5.5.1 - TEORIA DE FARADA Y - 5.13 -5.5.2 - PRINCíPIOS DE FUNCIONAMENTO DO MEDIDOR MAGNÉTICO - 5.13-

5.5.3 -PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS MEDIDORES MAGNÉTICOS - 5.13-

5.6 - MEDIDOR DE VAZÃO TIPO TURBINA .... - 5.14 -

5.7 - MEDiÇÃO DE vAZÃo EM CANAIS ABERTOS - 5.14-5.7.1 - VERTE DOR - 5.14-5.7.2 - CALHA PARSHALL - 5.14-

5.8 - MEDiÇÃO DE VAZÃO DE SÓLIDOS . - 5.15 -

5.9 - EXERcíCIOS PROPOSTOS - 5.16 -

CAPíTULO 6 - VARIÁVEIS DE PROCESSO - DENSIDADE E pH

MEDIÇAO DE DENSIDADE .

6.1-INTRODUÇÃO .

6.2 - CONCEITOS .

- 6.1 -

- 6.1 -

- 6.1 -

6.3 - MEDIDORES DE DENSIDADE - 6.1 -6.3.1 - DENSíMETROS - 6.1 -6.3.2 - DENSíMETRO AUTOCOMPENSADO - 6.1 -6.3.3 - MEDIDOR DE DENSIDADE POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA - 6.2 -6.3.4 - SISTEMA DE PURGA - 6.2 -

MEDiÇÃO DE pH

6.4 - INTRODUÇÃO

6.5 - CONCEITOS .

6.6 - MÉTODOS DE MEDiÇÃO

6.7 - INSTRUMENTOS DE MEDiÇÃO6.7.1 - ELETRODO DE MEDiÇÃO

6.7.2 - ELETRODO DE REFERÊNCIA .....

6.8 - APLICAÇÕES .

- 6.3 -

- 6.3 -

- 6.3 -

- 6.4 -

- 6.4 -

- 6.4 -

- 6.5 -

- 6.7 -

Page 6: Índice Geral

CAPíTULO 7 - ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE '

7.1 - INTRODUÇÃO - 7.1 -

7.2 - TIPOS DE EFC , . , , , - 7.1 -

7.3 - VÁLVULAS E CONTROLE , - 7.1 -7.3.1 - COMPONENTES DA VÁLVULA DE CONTROLE - 7.1 -

a)Atuador - 7.1 -• Acionamento Manual - 7.2 -

• Acoplamento por Motor Elétrico - 7.2 -• Posição de Segurança por Falhas (AFA ou FFA)

- 7.3 -

b)Castelo - 7.3 -c) Internos - 7.4-1. Obturador - 7.4 -2. Internos Reduzidos - 7.7-

3. Corpo da Válvula - 7.7 -7.3.2 - CLASSIFICAÇÃO DAS VÁLVULAS QUANTO AO DESLOCAMENTO DA HASTE - 7.7-

a) Deslocamento Linear - 7.7 -b)Deslocamento Rotativo - 7.7 -

7.3.3 - TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE - 7.7 -a) Globo Sede Simples - 7.7 -b) Globo Sede Dupla - 7.8 -c) Corpo Bipartido (SPLlT BODY) - 7.8 -d) Válvula Angular - 7.9-e) Válvula Borboleta (Deslocamento Rotativo da Haste) - 7.9 -f) Válvula Tipo Esfera - 7.9 -g) Válvula Saunders (Diafragma) - 7.10 -h) Válvula Camflex - 7.10 -i) Válvula Três Vias - 7.11 -

7.3.4 - SELEÇÃO DO CORPO DA VÁLVULA - 7.11-a) Generalidades - 7.11 -b) Informações - 7.11 -

7.3.5 - COEFICIENTE DE VAZÃO (Cv) - 7.12-

7.4 - ACESSÓRIOS DA VÁLVULA DE CONTROLE .7.4.1- Posicionador Pneumático .

7.4.2 - Posicionador Eletro-pneumático .7.4.3 - Posicionador FIELDBUS .

7.5 - I/P (CONVERSaR ou TRANSDUTOR)

CAPíTULO 8 - CONTROLE DE PROCESSO

8.1- INTRODUÇÃO .

- 7.12 --7.12--7.13--7.13-

- 7.14-

- 8.1 -

8.2 CONTROLE EM MALHA-FECHADA E EM MALHA ABERTA .8.2.1 - SISTEMA DFE CONTROLE EM MALHA FECHADA .8.2.2 - SISTEMA DE CONTROLE EM MALHA ABERTA

- 8.1 -- 8.1 -- 8.2 -

8.3 - DEFINiÇÕES .8.3.1 - PROCESSO .8.3.2 - VARIÁVEL CONTROLADA .

8.3.3 - "SET-POINT" (PONTO DE AJUSTE) .8.3.4 - ELEMENTO DE REALIMENTAÇÃO (MEDiÇÃO) .8.3.5 - VARIÁVEL DE REALIMENTAÇÃO .8.3.6 - DESVIO .8.3.7 - CONTROLADOR .

- 8.3 -- 8.3 -- 8.3 -- 8.3 -

- 8.3 -- 8.3 -- 8.3 -- 8.3 -

Page 7: Índice Geral

8.3.8 - VARIÁVEL MANIPULADA - 8.4-8.3.9 - ELEMENTO FINAL DE CONTROLE - 8.4 -

8.3.10- PERTURBAÇÕES - 8.4 -

8.4 - ATRASOS DE TEMPO DO PROCESSO - 8.4 -8.4.1 - CAPACITÂNCIA - 8.4-8.4.2 - RESISTÊNCIA - 8.5 -8.4.3 - TEMPO DE TRANSPORTE (TEMPO MORTO, PURE TIME DELA Y) - 8.5 -

8.5 - MODOS DE CONTROLE - 8.6 -8.5.1 - SISTEMA DE CONTROLE AUTOMÁTICO DESCONTíNUO - 8.6-

a) Sistema de Controle Descontínuo de Duas Posições - 8.6 -b) Sistema de Controle Descontínuo por Largura de Pulso - 8.7 -

_ c) Sistema de Controle Descontínuo de Três Posições - 8.7 -8.5.2 - SISTEMAS DE CONTROLE AUTOMÁTICO CONTíNUO - 8.7-

a) A Ação Proporcional - 8.8 -b) A Ação Integral (Reset) - 8.12 -c) A Ação Derivativa - 8.14 -d)Ação Proporcional, Integral e Derivativa (P.I.D.) -8.15-

8.6 SINTONIA DOS CONTROLADORES .8.6.1 - CRITÉRIOS DE ESTABILIDADE .8.6.2 - MÉTODOS DE AJUSTE DOS CONTROLADORES .8.6.3 - COMO ADAPTAR UM CONTROLADOR AO PROCESSO DE CONTROLE8.6.4 - AUTO-SINTONIA .

- 8.16 -- 8.16 -

- 8.17 -- 8.17 -- 8.19 -

8.7- SISTEMAS DE CONTROLE .8.7.1 - INTRODUÇÃO .8.7.2 - FAIXA DIVIDIDA - "SPLlT RANGE" .8.7.3 - CONTROLE CASCATA .

8.7.4 - CONTROLE RAZÃO (OU RELAÇÃO) .8.7.5 - CONTROLE "OVERRIDE" - AUTO-SELETO R (SELETIVA) .8.7.6 - CONTROLE "FEEDFORWARD" - PRÉ-ALlMENTAÇÃO (ANTECIPATÓRIO) .8.7.7 - CONTROLE DE LIMITES CRUZADOS .8.7.8 - CONTROLE DE NíVEL À TRÊS ELEMENTOS .

8.8 - EXERcíCIOS PROPOSTOS .

CAPíTULO 9 - TElEMETRIA - TRANSMISSÃO EM INSTRUMENTAÇÃO

9.1- INTRODUÇÃO .

9.2 - SINAIS PNEUMÁTICOS .

9.3 - SINAIS ANALÓGICOS

9.4 - SINAIS DIGITAIS .9.4.1 - NOÇÕES EM TRANSMISSÃO DE DADOS .

A) Comunicação Paralela .B) Comunicação Serial .C) Tipos de Modulação .D) Velocidade de Transmissão (Baud-rate) .

9.4.2 - Protocolo HART .

9.4.3 - Noções de SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído) .9.4.4 - FIELDBUS .

9.4.5 - Noções de CLP ou CP .

9.5 - EXERcíCIOS PROPOSTOS .

- 8.19 -

- 8.19 -- 8.20 -- 8.20 -- 8.20 -- 8.21 -- 8.21 -- 8.22 -- 8.22 -

- 8.24 -

- 9.1 -

- 9.1 -

- 9.1 -

- 9.1 -- 9.1 -- 9.1 -- 9.1 -- 9.2 -- 9.2 -- 9.2 -- 9.3 -- 9.3 -- 9.5 -

- 9.7 -

Page 8: Índice Geral

CAPíTULO 10 - TÉCNICAS DE SEGURANÇA OPERACIONAl

10.1-INTRODUÇÃO -10.1-

10.2- LIMITES OPERACIONAIS . - 10.1 -

10.3 - SEQUÊNCIA DE ALARMES - 10.1 -

10.4- SEGURANÇA INTRíNSECA - 10.2-10.4.1-INTRODUÇÃO - 10.2-10.4.2 - COMPARAÇÃO ENTRE AS TÉCNICAS DE PROTEÇÃO MAIS UTILIZADAS - 10.2 -

a) SEGURANÇA - 10.2 -b) FLEXIBILIDADE - 10.2-c) CUSTO DE INSTALAÇÃO - 10.2-d) CUSTO DE MANUTENÇÃO - 10.3 -

10.4.3-FUNDAMENTOS DE SISTEMAS INTRíNSECAMENTE SEGUROS - 10.3 -a) Equipamento Intrínsecamente Seguro - 10.3 -b) Equipamento Intrínsecamente Seguro Associado - 10.3 -

10.4.4 - APROVAÇÃO E CERTIFICAÇÃO DE EQUIPAMENTOS - 10.3-10.4.5 - BARREIRAS DE SEGURANÇA INTRíNSECA - 10.4 -

a) Princípio de Operação - 10.4-b) Barreiras Zener - 10.4 -c) Barreiras com Isolação Galvânica - 10.6 -

10.4.6 - CONSIDERAÇÕES FINAIS - 10.7 -

10.5 - OUTROS DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA OPERACIONAL - 10.8-10.5.1 VÁLVULAS DE ACESSO DE FLUXO - 10.8-10.5.2 VÁLVULAS DE ALíVIO - 10.8-10.5.3 DISCOS DE RUPTURA - 10.8-

CAPíTULO 11 - INFORMACÕES ÚTEIS

11.1 - SENSORES DE TEMPERATURA - 11.1 -

11.2 - TIPOS DE SENSORES DE TEMPERATURA .

11.3 - TIPOS DE TERMOPARES

11.4 - GABARITO DE RESPOSTAS DOS EXERcíCIOS

11.5 - FATORES DE CONVERSÃO

11.6 - OUTROS FATORES ÚTEIS

11.7 - TABELA DE CORRELAÇÃO DE TERMOPARES

BIBLIOGRAFIA

-11.1-

- 11.2 -

- 11.3-

- 11.5-

-11.7-

- 11.8-