Instrumentacao e Controle Pi

7/22/2019 Instrumentacao e Controle Pi

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Curso: Processos Industrais Mdulo: I Carga: 30h

Docente: Turno: Turma:Discente:

Material Instrucional especialmente elaboradopelo Prof. Luis Carlos para uso exclusivo doCETEB-CA.


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Sumrio

Apresentao 41. Processos Industriais 5

1.1 Introduo 51.2 Tipos de Processos 5

2. Controle de Processos 52.1 Introduo 52.2 Conceitos de Controle 72.3 Tipos de Controle 82.4 Atrasos de Processo 10

3. Aes de Controle 123.1 Introduo 123.2 Modos de Acionamento 123.3 Tipos de Aes de Controle 12

4. Instrumentao 234.1 Introduo 234.2 Classificao dos Instrumentos 23

5. Instrumentos de Malha 275.1 Caractersticas Gerais 29

6. Simbologia da Instrumentao 306.1 Introduo 306.2 Simbologia conforme a Norma ABNT 316.3 Simbologia conforme a Norma ISA 38

7. Medio de Presso 427.1 Conceitos Bsicos 427.2 Tipos de Presso 437.3 Unidades de Presso 437.4 Tipos de Medidores de Presso 44

8. Medio de Nvel 528.1 Medio de Nvel Direta 528.2 Medio de Nvel Indireta 55

9. Medio de Temperatura 639.1 Introduo 639.2 Conceitos Bsicos 639.3 Escalas de Temperatura 64

9.4 Tipos de Medidores 649.5 Sensores de Bulbo de Resistncia 669.6 Termopares 68

10. Medio de Vazo 7110.1 Introduo 7110.2 Definies de Vazo 7110.3 Tipos de Medidores 72

11. PLC (Controlador Lgico Programvel) 8011.1 Introduo 8011.2 Tecnologia dos PLCs 8111.3 Arquitetura dos PLCs 83

11.4 Estrutura Interna dos PLCs 85Exerccios Propostos 86Bibliografia 88


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APRESENTAO

Apresentam-se aqui, os assuntos a serem abordados na disciplina INSTRUMENTAO E CONTROLEINDUSTRIAL do curso tcnico em Processos Industriais do Centro de Educao Tecnolgica do estado daBahia Unidade de Camaari.A disciplina vai permitir integrar uma srie de conhecimentos na rea de instrumentao e controle industrial,aplicados medio e controle de variveis numa planta industrial.O programa da disciplina inclui os conceitos fundamentais sobre Processos industriais, Controle deprocessos, Metrologia aplicada vazo, nvel, temperatura e presso, introduo a PLCs (ControladoresLgicos Programveis) voltados ao ambiente industrial.A prtica laboratorial ocupa um espao importante na disciplina. Contempla o desenvolvimento de sistemasbaseados em PLCs que iro ser aplicados ao comando de motores, inversores, entre outros.Este trabalho no pretende esgotar o tema, mas sim indicar os caminhos a serem trilhados nodesenvolvimento da capacitao para desempenhar atividades relacionadas instrumentao industrial.As motivaes subjacentes organizao e proposta desta disciplina resultam essencialmente em algunsfatores, cuja ordem irrelevante:

As potencialidades do mercado de trabalho para os futuros tcnicos. O elevado crescimento atual, existente na investigao e desenvolvimento na rea da disciplina e emreas correlatas.

A competitividade, devido globalizao, o que levam as indstrias e se modernizarem, aumentando suaprodutividade, atravs da automao de seus processos.

Segurana, atendimento as normas ambientais, bem como a qualidade final dos produtos.No que se refere ao primeiro item destes fatores de salientar que o mercado de emprego preferencial temsituado ao nvel da Indstria como:

Indstria de Processos de 1, 2 e 3 gerao. Ex.: Braskem, Deten Qumica, Oxiteno, Bombril, etc. Indstria de Transformao Manufatureira. Ex.: Alcoa, Britnia, etc. Indstria Automobilstica e correlata. Ex.: Ford, Fiat, Pirelli, Continental Pneus, etc. Indstria Pesada, em particular as Siderrgicas. Ao Minas, Samarco, etc. Indstria de Minerao. Ex.: CVRD, etc.


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1. PROCESSOS INDUSTRIAIS1.1 IntroduoQualquer operao, ou srie de operaes que produz um resultado final desejado considerada como umprocesso. O processo pode envolver operao mecnica, circuito eltrico ou reao qumica, ou ainda acombinao destes eventos. Na maioria dos casos, o processo consiste na modificao de matrias primas,colocadas na sua entrada, em produtos finais obtidos em sua sada. Adicionalmente h o suprimento deenergia, durante um determinado perodo de tempo, para tornar possvel o processo industrial.Processo, como uma operao ou desenvolvimento natural, que evolui progressivamente, caracterizado poruma srie de mudanas graduais que se sucedem uma em relao s outras, de um modo relativamente fixoe objetivando um particular resultado ou meta. No mbito industrial o termo processo significa uma parte ouum elemento de uma unidade de produo; por exemplo, um trocador trmico que comporta uma regulaode temperatura ou um sistema que objetiva o controle de nvel de uma caldeira de produo de vapor.A escolha de que tipo de malha de controle a utilizar implica em um bom conhecimento do comportamento doprocesso. O nvel da caldeira ou a temperatura apresenta uma inrcia grande? estvel ou instvel? Temalto ganho? Possui tempo morto? Se todos esses questionamentos estiverem resolvidos voc ter condiespara especificar uma malha de controle mais apropriada para sua necessidade.

1.2 Tipos de Processos1.2.1 Processo ContinuoEm um processo contnuo o produto final obtido sem interrupes como no caso da produo de vapor de

uma caldeira. As etapas dos processos so continua no tempo.

1.2.2 Processo Descontinuo ou BateladaUm processo descontnuo um processo que seu produto final obtido em uma quantidade determinadaaps todo o ciclo. A entrada de novas matrias primas s se dar aps o encerramento desse circuito. conhecido tambm como processo em Bateladas.Os processos podem ser ainda:

a) Monovariveis ou Multivariveis;b) Estveis ou Instveis.2. CONTROLE DE PROCESSOS

2.1 Introduo

A palavra controle, de origem francesa (contrler), denota o ato ou poder de exercer domnio, fiscalizar,supervisionar, manter o equilbrio. Esta compreenso milenar e sempre foi alvo da consecuo de objetivoscomuns de uma nao, regio ou comunidade como um todo. Variavelmente encontrada como um triunfo namente do indivduo: controlar para no ser controlado.Desde o surgimento das indstrias, a necessidade do controle das mquinas e dos equipamentos

necessrios para a produo aumentou bruscamente. Este controle sofreu vrias mudanas com o passardos anos, em funo da necessidade de maximizar produo, diminuir custos e tambm aumentar asegurana operacional dos equipamentos e pessoas envolvidas no processo.


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Cronologicamente, temos a princpio o controle totalmente mecnico, depois o pneumtico, e emseguida o controle eltrico, com o surgimento dos motores eltricos e de seus dispositivos de controle.O controle, na escala tecnolgica, assume papel primordial e decisivo dentre os modelos e processosexistentes.

Em qualquer processo industrial, as condies de operao esto sujeitas as mudanas ao longo do tempo.O nvel de lquido em um equipamento, a presso em um vaso, a vazo de um reagente, a sua composio,todas estas condies podem (e costumam) variar. Mesmo os dados que consideramos constantes no projeto(por exemplo, a temperatura ambiente) tm o hbito de variar apesar de nossas premissas em contrrio.O primeiro controlador automtico industrial de que h notcia o regulador centrfugo inventado em 1775,por James Watts, para o controle de velocidade das mquinas a vapor. Esta inveno foi puramente emprica.Nada mais aconteceu no campo de controle at 1868, quando Clerk Maxwell, utilizando o clculo diferencial,estabeleceu a primeira anlise matemtica do comportamento de um sistema mquina-regulador.Por volta de 1900 aparecem outros reguladores e servomecanismos aplicados mquina a vapor, a turbinase a alguns processos. Durante a primeira guerra mundial, N. Minorsky cria o servocontrole, tambm baseadona realimentao, para a manuteno automtica da rota dos navios e escreve um artigo intitulado

Directional Stability of Automatically Steered Bodies.O trabalho pioneiro de Norbert Wiener (1948) sobre fenmenos neurolgicos e os sistemas de controle nocorpo humano abreviou o caminho para o desenvolvimento de sistemas complexos de automao.A partir daqui o progresso do controle automtico foi muito rpido. Atualmente existe uma enorme variedadede equipamentos de medidas primrias, transmisso das medidas (transmissores), de regulao (controlespneumticos, eltricos e eletrnicos), de controle final (vlvulas pneumticas, vlvulas solenide,servomotores etc.), de registro (registradores), de indicao (indicadores analgicos e digitais), decomputao (rels analgicos, rels digitais com microprocessador), PLCs, SDCDs etc. Estes equipamentospodem ser combinados de modo a constiturem cadeias de controle simples ou mltiplas, adaptadas aosinmeros problemas de controle e a um grande nmero de tipos de processos.

Controle: uma tentativa de influir no processo

A necessidade de controlar processos d origem s tcnicas de controle.Controlar um processo significa atuar sobre ele, ou sobre as condies a que o processo est sujeito, demodo a atingir algum objetivo.

Exemplos cotidianos de controle:

Manter um carro na estrada:

Controle do oramento:

Monitora-sea trajetria / velocidade / trajetria

Atua-sesobre o volante / acelerador / freioControla-sea trajetria

Seguranaguard-rails / muretas

Monitora-seo saldo bancrio

Atua-sesobre desembolsos

Controla-seo oramentoSeguranapoupana?


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2.2 Conceitos e Consideraes de Controle Automtico

O controle Automtico tem como finalidade a manuteno de certa varivel ou condio num certo valor (fixoou variante). Este valor que pretendemos o valor desejado. Para atingir esta finalidade o sistema decontrole automtico opera do seguinte modo:

Medida do valor atual da varivel que se quer regular. Comparao do valor atual com o valor desejado (sendo este o ltimo indicado ao sistema de controle

pelo operador humano ou por um computador). Determinao do desvio. Utilizao do desvio (ou erro) para gerar um sinal de correo. Aplicao do sinal de correo ao sistema a controlar de modo a ser eliminado o desvio, isto , de

maneira a reconduzir-se a varivel ao valor desejado. O sinal de correo introduz, pois variaes desentido contrrio ao erro.

Resumidamente podemos definir Controle Automtico como a manuteno do valor de certa condio atravsda sua mdia, da determinao do desvio em relao ao valor desejado, e da utilizao do desvio para segerar e aplicar uma ao de controle capaz de reduzir ou anular o desvio.Para facilitar o entendimento de alguns termos que aqui sero utilizados, a seguir, sero dadas de formasucinta suas definies:

Planta - Uma planta uma parte de um equipamento, eventualmente um conjunto de itens de umamquina, que funciona conjuntamente, cuja finalidade desenvolver uma dada operao.

Processo - Qualquer operao ou seqncia de operaes, envolvendo uma mudana de estado, decomposio, de dimenso ou outras propriedades que possam ser definidas relativamente a um padro.Pode ser contnuo ou em batelada.

Sistemas- uma combinao de componentes que atuam conjuntamente e realizam certo objetivo. Varivel do Processo (PV)- Qualquer quantidade, propriedade ou condio fsica medida a fim de que

se possa efetuar a indicao e/ou controle do processo (neste caso, tambm chamada de varivelcontrolada).

Varivel Manipulada (MV) - a grandeza que operada com a finalidade de manter a varivelcontrolada no valor desejado.

Set Point (SP)- um valor desejado estabelecido previamente como referncia de ponto de controle noqual o valor controlado deve permanecer.


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Distrbio (Rudo) - um sinal que tende a afetar adversamente o valor da varivelcontrolada.

Desvio - Representa o valor resultante da diferena entre o valor desejado e o valor da varivelcontrolada.

Ganho - Representa o valor resultante do quociente entre a taxa de mudana na sada e a taxa demudana na entrada que a causou. Ambas, a entrada e a sada devem ser expressas na mesma unidade.

2.3 Tipos de Controle

2.3.1 Controle Manual e Controle Automtico

Para ilustrar o conceito de controle manual e automtico vamos utilizar como processo tpico o sistematrmico das Figuras 1 e 2. Inicialmente considere o caso em que um operador detm a funo de manter atemperatura da gua quente em um dado valor. Neste caso, um termmetro est instalado na sada dosistema, medindo a temperatura da gua quente. O operador observa a indicao do termmetro e baseadonela, efetua o fechamento ou abertura da vlvula de controle de vapor para que a temperatura desejada seja

mantida. Deste modo, o operador que est efetuando o controle atravs de sua observao e de sua aomanual sendo, portanto, um caso de Controle Manual.

Figura 1 Controle Manual de um sistema trmico.

Considere agora o caso da Figura 2, onde no lugar do operador foi instalado um instrumento capaz desubstitu-lo no trabalho de manter a temperatura da gua quente em um valor desejado. Neste caso, estesistema atua de modo similar ao operador, tendo ento um detector de erro, uma unidade de controle e umatuador junto vlvula, que substituem respectivamente os olhos do operador, seu crebro e seus msculos.

Desse modo, o controle da temperatura da gua quente feito sem a interferncia direta do homem, atuandoento de maneira automtica sendo, portanto um caso de Controle Automtico.


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Figura 2 Controle Automtico de um sistema trmico.

2.3.2 Controle Auto-Operado

Controle em que a energia necessria para movimentar a parte operacional pode ser obtida diretamente,atravs da regio de deteco, do sistema controlado. Deste modo, este controle obtm toda a energianecessria ao seu funcionamento do prprio meio controlado. Este controle largamente utilizado emaplicaes de controle de presso e menos comumente no controle de temperatura, nvel, etc. A Figura 3mostra um exemplo tpico de sistema de controle de presso, utilizando uma vlvula auto-operada.

Figura 3 Sistema de controle depresso mnima auto-operado.

2.3.3 Controle em Malha Aberta e Malha Fechada

Os sistemas de controle so classificados em dois tipos: sistemas de controle em malha aberta e sistemas decontrole em malha fechada. A distino entre eles determinada pela ao de controle, que componenteresponsvel pela ativao do sistema para produzir a sada.

a)

Sistema de controle em Malha Aberta: aquele sistema no qual a ao de controle independente da sada, portanto a sada no tem efeito na ao de controle. Neste caso, conforme mostradona Figura 4, a sada no medida e nem comparada com a entrada. Um exemplo prtico deste tipo de


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sistema a mquina de lavar roupa. Aps ter sido programada, as operaes de molhar, lavar eenxaguar so feitas baseadas nos tempos pr-determinados.Assim, aps concluir cada etapa ela no verifica se esta foi efetuada de forma correta ( por exemplo, aps elaenxaguar, ela no verifica se a roupa est totalmente limpa).

Figura 4 Sistema de controle em Malha Aberta.

b) Sistema de controle em Malha Fechada: aquele no qual a ao de controle depende dealgum modo, da sada. Portanto, a sada possui um efeito direto na ao de controle. Neste caso, conformepode ser visto atravs da Figura 5, a sada sempre medida e comparada com a entrada a fim de reduzir oerro e manter a sada do sistema em um valor desejado. Um exemplo prtico deste tipo de controle ocontrole de temperatura da gua de um chuveiro.

Neste caso, o homem o elemento responsvel pela medio da temperatura e baseado nesta informao,determinar uma relao entre a gua fria e a gua quente com o objetivo de manter a temperatura da gua novalor por ele tido como desejado para o banho.

Figura 5 Sistema de controle em Malha Fechada.

2.4 Atrasos no Processo

Todo processo possui caractersticas que determinam atraso na transferncia de energia e/ou massa, o queconsequentemente dificulta a ao de controle, visto que elas so inerentes aos processos. Quando, ento,

vai se definir o sistema mais adequado de controle, deve-se levar em considerao estas caractersticas esuas intensidades. So elas: Tempo Morto, Capacitncia e Resistncia.

2.4.1 Tempo Morto

o intervalo de tempo entre o instante em que o sistema sofre uma variao qualquer e o instante em queesta comea a ser detectada pelo elemento sensor. Como exemplo veja o caso do controle de temperaturaapresentado na Figura 6. Para facilitar, suponha que o comprimento do fio de resistncia R seja desprezvelem relao distncia l(m) que o separa do termmetro e que o dimetro da tubulao seja suficientementepequeno.Se uma tenso for aplicada em R como sinal de entrada fechando-se a chave S conforme a Figura 7, atemperatura do lquido subir imediatamente. No entanto, at que esta seja detectada pelo termmetro comosinal de sada, sendo V(m/min) a velocidade de fluxo de lquido, ter passado em tempo dado por L = l/V(min). Este valor L corresponde ao tempo que decorre at que a variao do sinal de entrada aparea como


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variao do sinal de sada recebe o nome de tempo morto. Este elemento tempo morto dapenas a defasagem temporal sem variar a forma oscilatria do sinal.

Figura 6 Exemplo do elemento tempo morto. Figura 7 Resposta ao degrau unitrio do elemento tempo morto.

2.4.2 Capacitncia

A capacitncia de um processo um fator muito importante no controle automtico. uma medida dascaractersticas prprias do processo para manter ou transferir uma quantidade de energia ou de material comrelao a uma quantidade unitria de alguma varivel de referncia.Em outras palavras, uma mudana na quantidade contida, por unidade mudada na varivel de referncia.Como exemplo veja o caso dos tanques de armazenamento abaixo. Neles a capacitncia representa arelao entre a variao de volume e a variao de altura do material do tanque. Assim, observe que emboraos tanques tenham a mesma capacidade (por exemplo, 100 m3), apresentam capacitncias diferentes. Nestecaso, a capacitncia pode ser representada por:

2.4.3 Resistncia


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A resistncia uma oposio total ou parcial transferncia de energia ou de material entre as capacitncias.Na Figura 8, est sendo mostrado o caso de um processo contendo uma resistncia e uma capacitncia.

Figura 8 Processo com uma resistncia e uma capacitncia.

Observao:O efeito combinado de suprir uma capacitncia atravs de uma resistncia produz um tempo deretardo na transferncia entre capacitncias. Tal tempo de retardo devido resistncia-capacitncia (RC) frequentemente chamado de atraso de transferncia.

3. AES DE CONTROLE

3.1 Introduo

Foi visto que no controle automtico, efetua-se sempre a medio varivel controlada (sada), compara-seeste valor medido com o valor desejado e a diferena entre estes dois valores ento processada parafinalmente modificar ou no a posio do elemento final de controle. O processamento feito em umaunidade chamada unidade de controle atravs de clculos matemticos. Cada tipo de clculo denominadoao de controle e tem o objetivo de tornar os efeitos corretivos no processo em questo os mais adequados.Existem 4 tipos de aes bsicas de controle que podem ser utilizados isoladamente ou associados entre si edois modos de acionamento do controlador. Iniciaremos definindo estes dois modos pares, em seguidairemos estudar cada tipo de ao e suas associaes principais.

3.2 Modos de acionamentosO sinal de sada do controlador depende de diferena entre a varivel do processo (PV) e o valor desejadopara aquele controle (SP ou SV). Assim, dependendo do resultado desta diferena, a sada pode aumentar oudiminuir. Baseado nisto um controlador pode ser designado a trabalhar de dois modos distintos chamados deao direta e ao indireta.

3.2.1 Ao direta (normal)

Dizemos que um controlador est funcionando na ao direta quando um aumento na varivel do processoem relao ao valor desejado provoca um aumento no sinal de sada do mesmo.

3.2.1 Ao indireta (reversa)


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Dizemos que um controlador est funcionando na ao reversa quando um aumento navarivel do processo em relao ao valor desejado provoca um decrscimo no sinal de sada do mesmo.

3.3 Tipos de aes de controle

3.3.1 Tipo On-OFF

De todas as aes de controle, a ao em duas posies a mais simples e tambm a mais barata, e porisso extremamente utilizada tanto em sistemas de controle industrial como domstico.Como o prprio nome indica, ela s permite duas posies para o elemento final de controle, ou seja:totalmente aberto ou totalmente fechado. Assim, a varivel manipulada rapidamente mudada para o valormximo ou o valor mnimo, dependendo se a varivel controlada estar maior ou menor que o valor desejado.Devido a isto, o controle com este tipo de ao fica restrito a processos prejudiciais, pois este tipo de controleno proporciona balano exato entre entrada e sada de energia.Para exemplificar um controle ON-OFF, recorremos ao sistema de controle de nvel mostrado na Figura 9.

Neste sistema, para se efetuar o controle de nvel utiliza-se um flutuado para abrir e fechar o contato (S)energia ou no o circuito de alimentao da bobina de uma vlvula do tipo solenide. Este solenide estandoenergizado permite passagem da vazo mxima e estando desenergizado bloqueia totalmente o fluxo dolquido para o tanque. Assim este sistema efetua o controle estando sempre em uma das posies extremas,ou seja, totalmente aberto ou totalmente fechado.

Figura 9 Sistema ON-OFF de controle de nvel.

Observe que neste tipo de ao vai existir sempre um intervalo entre o comando liga e o comando desliga.Este intervalo diferencial faz com que a sada do controlador mantenha seu valor presente at que o sinal de

erro tenha se movido ligeiramente alm do valor zero. Em alguns casos este intervalo proveniente de atritose perdas de movimento no intencionalmente introduzido no sistema. Entretanto, normalmente ele introduzido com a inteno de evitar uma operao de liga-desliga mais freqente o que certamente afetariana vida til do sistema.

3.3.1.1 Caractersticas do controle ON-OFF

Basicamente todo controlador do tipo ON-OFF apresenta as seguintes caractersticas:

A correo independe da intensidade do desvio;

O ganho infinito; Provoca oscilaes no processo; Deixa sempre erro de off-set.


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3.3.2 Tipo Ao Proporcional

Foi visto anteriormente, que na ao liga-desliga, quando a varivel controlada se desvia do valor ajustado, oelemento final de controle realiza um movimento brusco de ON (liga) para OFF (desliga), provocando uma

oscilao no resultado de controle. Para evitar tal tipo de movimento foi desenvolvido um tipo de ao no quala ao corretiva produzida por este mecanismo proporcional ao valor do desvio. Tal ao denominou-seao proporcional.A Figura 10 indica o movimento do elemento final de controle sujeito apenas ao de controle proporcionalem uma malha aberta, quando aplicado um desvio em degrau num controlador ajustado para funcionar naao direta.

Figura 10 Movimento do elemento final de controle.A ao proporcional pode ser determinada pela seguinte equao:

MV = KP. DV + SO (1)

Onde:

MV= Sinal de sada do controladorKP= Constante de proporcionalidade ou ganho proporcionalDV= Desvio = |VP - SV|SO= Sinal de sada inicialVP= Varivel do processo (PV)SP= SV = Valor Setado (Desejado)

Note que mesmo quando o desvio zero, h um sinal SO saindo do controlador cuja finalidade a de manter

o elemento final de controle na posio de regime. E mais, para se obter o controle na ao direta ou reversa,basta mudar a relao de desvio.Assim, para DV = (PV - SV) tem-se a ao direta e DV = (SV - PV) tem-se a ao reversa.Um exemplo simples de controle utilizando apenas a ao proporcional o mostrado na Figura 11, onde avlvula de controle aberta ou fechada proporcionalmente amplitude do desvio.


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Figura 11 Exemplo de um sistema simples de ao proporcional

Figura 12 Controle pela ao proporcional.Para melhor explicar este exemplo, considera-se que a vlvula esteja aberta em 50% e que o nvel do lquidodeva ser mantido em 50 cm de altura. E ainda, a vlvula tem seu curso total conforme indicado na Figura 12.Neste caso, o ponto suporte da alavanca deve estar no ponto b para que a relao ab : bc = 1:100 sejamantida.Ento, se o nvel do lquido descer 1 cm, o movimento da vlvula ser 1/10, abrindo-se 0,1 cm a mais. Deste

modo, se o nvel do lquido descer 5 cm a vlvula ficar completamente aberta. Ou seja, a vlvula se abrirtotalmente quando o nvel do lquido atingir 45 cm. Inversamente, quando o nvel atingir 55 cm, a vlvula sefechar totalmente.Pode-se, portanto concluir que a faixa na qual a vlvula vai da situao totalmente aberta para totalmentefechada, isto , a faixa em que se realiza a ao proporcional ser 10 cm. A seguir, se o ponto de apoio fortransportado para a situao b e a relao passar a ser a.b' : b' .c = 1 : 20 , o movimento da vlvula ser 1/20do nvel do lquido se este descer 1cm.Neste caso, a vlvula estar totalmente aberta na graduao 40 cm e totalmente fechada em 60 cm e ento,a faixa em que a vlvula passa de totalmente aberta para totalmente fechada ser igual a 20 cm.Assim, no difcil concluir que a relao entre a variao mxima da grandeza a ser controlada e o cursototal da vlvula depende neste caso, do ponto de apoio escolhido. Este ponto de apoio vai determinar uma

relao de proporcionalidade. E como existe uma faixa na qual a proporcionalidade mantida, esta recebe onome de faixa proporcional (tambm chamada de Banda Proporcional).


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3.3.2.1 Faixa Proporcional

definida como sendo a porcentagem de variao da varivel controlada capaz de produzir a abertura oufechamento total da vlvula. Assim, por exemplo, se a faixa proporcional 20%, significa que uma variao

de 20% no desvio produzir uma variao de 100% na sada, ou seja, a vlvula se mover de totalmenteaberta par totalmente fechada quando o erro variar 20% da faixa de medio.A Figura 13 mostra a relao entre a abertura da vlvula e a varivel controlada.

Figura 13 Faixas proporcionais.

Observando a Figura 13 chega-se a concluso de que quanto menor a faixa proporcional, maior ser o

movimento da vlvula em relao ao mesmo desvio e, portanto, mais eficiente ser a ao proporcional.Porm, se a faixa proporcional for igual zero, a ao proporcional deixa atuar, passando ento a ser umcontrole de ao liga-desliga. Ento, podemos concluir que existe uma relao bem definida entre a faixaproporcional (FP) e o ganho proporcional (Kp).

Esta relao pode ser expressa da seguinte forma:

(2)

3.3.2.2 Erro de Off-SetVerificamos at aqui que ao introduzirmos os mecanismos da ao proporcional, eliminamos as oscilaes noprocesso provocadas pelo controle liga-desliga, porm o controle proporcional no consegue eliminar o errode off-set, visto que quando houver um distrbio qualquer no processo, a ao proporcional no consegueeliminar totalmente a diferena entre o valor desejado e o valor medido (varivel controlada), conforme podeser visto na Figura 14.


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Figura 14 Resultado do controle de ao proporcional.

Para melhor esclarecer como aparece este erro de off-set, voltemos Figura 81. Para tal, suponha que a

vlvula esteja aberta em 50% e que a varivel controlada (nvel) esteja igual ao valor desejado (50 cm, porexemplo). Agora, suponha que ocorra uma variao de carga fazendo com que a vazo de sada aumente. Onvel neste caso descer e, portanto, a bia tambm, abrindo mais a vlvula de controle e assim aumentandoa vazo de entrada at que o sistema entre em equilbrio.Como houve alterao nas vazes de sada e de entrada de lquido, as condies de equilbrio sofreramalterao e este ser conseguido em outra posio. Esta mudana na posio de equilbrio ento provocar oaparecimento de uma diferena entre os valores medidos e desejados. Esta diferena permanecer constanteenquanto nenhum outro distrbio acontecer, j que a ao proporcional s atua no momento em que odistrbio aparece.Uma observao importante que deve ser feita de que o valor do erro off-set depende diretamente da faixaproporcional, tornando assim cada vez menor medida que a faixa proporcional diminuiu. No entanto,

medida que a faixa proporcional diminuiu, aumenta a possibilidade do aparecimento de oscilaes, sendo,portanto, importante estar atento quando escolher a faixa proporcional de controle.

3.3.2.3 Caractersticas da Ao Proporcional

Basicamente todo controlador do tipo proporcional apresenta as seguintes caractersticas:

Correo proporcional ao desvio Existncia de uma realimentao negativa Deixa erro de off-set aps uma variao de carga.

3.3.3 Tipo Ao Integral

Ao utilizar o controle proporcional, conseguimos eliminar o problema das oscilaes provocadas pela aoON-OFF e este seria o controle aceitvel na maioria das aplicaes se no houvesse o inconveniente da noeliminao do erro de off-set sem a interveno do operador. Esta interveno em pequenos processos aceitvel, porm em grandes plantas industriais, isto se torna impraticvel. Para resolver este problema eeliminar este erro de off-set, desenvolveu-se uma nova unidade denominada ao integral.A ao integral vai atuar no processo ao longo do tempo enquanto existir diferena entre o valor desejado e ovalor medido. Assim, o sinal de correo integrado no tempo e por isto enquanto a ao proporcional atua

de forma instantnea quando acontece um distrbio em degrau, a ao integral vai atuar de forma lenta ateliminar por completo o erro.Para melhor estudarmos como atua a ao integral em um sistema de controle, recorremos Figura 84, ondeest sendo mostrado como se comporta esta ao quando o sistema sensibilizado por um distrbio do tipo


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degrau em uma malha aberta. Observe que a resposta da ao integral foi aumentandoenquanto o desvio esteve presente, at atingir o valor mximo do sinal de sada (at entrar em saturao).Assim, quanto mais tempo o desvio perdurar, maior ser sada do controlador e ainda se o desvio fossemaior, sua resposta seria mais rpida, ou seja, a reta da Figura 15 seria mais inclinada.

Figura 15 Resposta da ao integral ao distrbio em degrau.

Percebemos ento que a resposta desta ao de controle funo do tempo e do desvio e deste modopodemos analiticamente express-la pela seguinte equao:

(3)

Onde:

ds/dt = Taxa de variao de sada do controladorDV = desvioKI = ganho integral ou taxa integral.

Na maioria das vezes o inverso de KI, chamado de tempo integral usado para descrever a aointegral.

[Ti = tempo necessrio para que uma repetio do efeito proporcional seja obtida, sendo expresso em minutopor repetio (MPR) ou segundo por repetio (SPR)].

Integrando a equao acima, ns encontramos a sada atual do controlador em qualquer tempo como:

(4)Onde:

MV(t) = sada do controlador para um tempo t qualquerSo = sada do controlador para t = o

Esta equao mostra que a sada atual do controlador MV(t), depende do histrico dos desvios desde quando

este comeou a ser observado em t = 0 e, por conseguinte ao ser feita a correo do desvio, esta sada nomais retornar ao valor inicial, como ocorre na ao proporcional.Podemos ver pela equao (3), por exemplo, que se o desvio dobra, a razo de sada do controlador mudaem dobro tambm. A constante KI significa que pequenos desvios produzem uma grande relao de


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mudanas de S e vice-versa. A Figura 16.a ilustra graficamente a relao ente S, a razo demudana e o desvio para dois diferentes valores de KI. A Figura 16.b mostra como, para um desvio emdegrau, os diferentes valores para MV como funo, do tempo conforme foi estabelecido pela equao (3).Portanto, podemos concluir que a rpida razo gerada por KI causa uma sada do controlador muito maior

para um particular tempo depois que o desvio gerado.

Figura 16 a) e b) Ao de controle integral.

3.3.3.1 Caractersticas bsicas do controle integral:

As principais caractersticas do controle integral so:

Correo depende no s do erro, mas tambm do tempo em que ele perdurar. Ausncia do erro de off-set. Quanto maior o erro maior ser velocidade de correo. No controle integral, o movimento da vlvula no muda de sentido enquanto o sinal de desvio no se

inverter.

3.3.4 Tipo da ao Proporcional + Integral

Esta a ao de controle resultante da combinao da ao proporcional e a ao integral. Esta combinaotem por objetivos principais, corrigir os desvios instantneos (proporcional) e eliminar ao longo do tempoqualquer desvio que permanea (integral).Matematicamente esta combinao obtida pela combinao das equaes (1) e (4), sendo ento:

(5)

Na prtica, como sempre desejamos conhecer a sada para um determinado tempo conhecido e um erroconstante; podemos representar esta equao (5) pela:


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(6)

Onde:

T = tempo para o qual se deseja saber a sada MV.A Figura 17 mostra como esta combinao faz atuar o elemento final de controle quando a varivel controladasofre um desvio em degrau em malha aberta. Em (b) temos o caso em que o controlador est ajustadoapenas para atuar na ao proporcional, em (c) ele est ajustado para atuar na ao integral e finalmente em(d) temos as duas aes atuando de forma combinada.

Figura 17 b), c) e d) Respostas em malha aberta das aes: P, I, P+I.Vejamos agora o grfico da Figura 18 que representa o sinal de sada de um controlador (P+I) sujeito a umdistrbio, em malha aberta, que aps um determinado tempo eliminado.Observe que neste caso, depois de cessado o distrbio, a sada do controlador no mais retorna ao valorinicial. Isto acontece porque devido atuao da ao integral, uma correo vai sendo incrementada (oudecrementada) enquanto o desvio permanecer. Observe que o sinal de correo sempre incrementado (oudecrementado) enquanto o desvio se mantm no mesmo sentido.


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Figura 18 Resposta em malha aberta da ao P+I.

3.3.5 Tipo Ao Derivativa

Vimos at agora que o controlador proporcional tem sua ao proporcional ao desvio e que o controladorintegral tem sua ao proporcional ao desvio versus tempo. Em resumo, eles s atuam em presena dodesvio. O controlador ideal seria aquele que impedisse o aparecimento de desvios, o que na prtica seriadifcil. No entanto, pode ser obtida a ao de controle que reaja em funo da velocidade do desvio, ou seja,no importa a amplitude do desvio, mas sim a velocidade com que ele aparece.Este tipo de ao comumente chamado de ao derivativa. Ela atua, fornecendo uma correo antecipadado desvio, isto , no instante em que o desvio tende a acontecer ela fornece uma correo de forma aprevenir o sistema quanto ao aumento do desvio, diminuindo assim o tempo de resposta.Matematicamente esta ao pode ser representada pela seguinte equao:

(7)

Onde:

dedt = Taxa de variao do desvioSo = Sada para desvio zeroTd = Tempo derivativo.

O tempo derivativo, tambm chamado de ganho derivativo, significa o tempo gasto para se obter a mesmaquantidade operacional da ao proporcional somente pela ao derivativa, quando o desvio varia numavelocidade constante.As caractersticas deste dispositivo podem ser notadas atravs dos grficos da Figura 19. No caso (a), houveuma variao em degrau, isto , a velocidade de variao foi infinita. Neste caso a ao derivativa que proporcional velocidade desvio causou uma mudana brusca considervel na varivel manipulada.No caso (b), est sendo mostrada a resposta da ao derivativa para a situao na qual o valor medido mudado numa razo constante (rampa). A sada derivativa proporcional razo de mudana deste desvio.Assim, para uma grande mudana, temos uma maior sada do desvio ao derivativa.


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Figura 19 Resposta da ao derivativa a uma mudana da varivel de processo.

Analisaremos agora a Figura 20 que mostra a sada do controlador em funo da razo de mudana dedesvio. Observe que para uma dada razo de mudana do desvio, existe um nico valor de sada docontrolador.

Figura 20 Ao de controle derivativa onde uma sada de 50% foi assumida para o estado derivativo zero.

3.3.5.1 Caractersticas bsicas do controle derivativo

As principais caractersticas do controle derivativo so: A correo proporcional velocidade de desvio. No atua caso o desvio for constante. Quanto mais rpida a razo de mudana do desvio, maior ser a correo.3.3.6 Tipo de ao Proporcional + Integral + Derivativa

O controle proporcional associado ao integral e ao derivativo, o mais sofisticado tipo de controle utilizadoem sistemas de malha fechada. A proporcional elimina as oscilaes, a integral elimina o desvio de off-set,enquanto a derivativa fornece ao sistema uma ao antecipativa evitando previamente que o desvio se torne

maior quando o processo se caracteriza por ter uma correo lenta comparada com a velocidade do desvio(por exemplo, alguns controles de temperatura).A Figura 21 mostra dois tipos de desvios que aparecem num processo e como cada ao atua neste caso.


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Em (a), houve um desvio em degrau e a ao derivativa atuou de forma brusca fornecendo umagrande quantidade de energia de forma antecipada no sistema, que pode acarretar em instabilidade nosistema, pois o sistema responde de forma rpida ao distrbio. J em (b), ocorreu um desvio em rampa, ouseja, numa velocidade constante e a ao derivativa s ir atuar no ponto de inflexo quando aconteceu

fornecendo tambm uma energia antecipada no sentido de acelerar a correo do sistema, pois agora sepode observar que o sistema reage de forma lenta quando ocorre o distrbio.

Figura 21 Movimento do elemento de controle pela ao PID.

Como este controle feito pela associao das trs aes de controle, a equao matemtica que o

representa ser:

(8)

Onde:

E = DV = desvioKD = TD = ganho derivativo (tempo derivativo).

Esta equao na prtica pode ser simplificada para:

(9)

Onde:

T = tempoVc = velocidade do desvio.

3.3.7 Quadro comparativo entre o tipo de desvio e a resposta de cada ao

Na Figura 22, esto sendo mostradas formas de resposta das aes de controle sozinhas ou combinadas,aps a ocorrncia de distrbios em degrau, pulso, rampa e senoidal, sendo que o sistema se encontra emmalha aberta.


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Figura 22 Resposta das aes de controle a diversos tipos de distrbios (malha aberta).

4. INSTRUMENTAO

4.1 introduo

a cincia que aplica e desenvolvem tcnicas para adequao de instrumentos de medio, transmisso,indicao, registro e controle de variveis fsicas em equipamentos nos processos industriais.Nas indstrias de processos tais como siderrgica, petroqumica, alimentcia, papel, etc.; a instrumentao responsvel pelo rendimento mximo de um processo, fazendo com que toda energia cedida, seja

transformada em trabalho na elaborao do produto desejado. As principais grandezas que traduzemtransferncias de energia no processo so: PRESSO, NVEL, VAZO, TEMPERATURA; as quaisdenominam de variveis de um processo.

4.2 Classificao de Instrumentos de Medio

Existem vrios mtodos de classificao de instrumentos de medio. Dentre os quais podemos terclassificao por:

Funo;

Sinal transmitido ou suprimento; Tipo de sinal.4.2.1 Por Funo


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Conforme ser visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados entre si para realizar umadeterminada tarefa nos processos industriais. A associao desses instrumentos chama-se malha e em umamalha cada instrumento executa uma funo.

Os instrumentos que podem compor uma malha so ento classificados por funo cuja descrio sucintapode ser liga na Tabela 1.

Figura 23 Exemplo de configurao de uma malha de controle.

Tabela 1 Descrio dos instrumentos.


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4.2.2 Por Sinal Transmitido ou Suprimento

Os equipamentos podem ser agrupados conforme o tipo de sinal transmitido ou o seu suprimento. A seguir

ser descrito os principais tipos, suas vantagens e desvantagens.4.2.2.1 Tipo Pneumtico

Nesse tipo utilizado um gs comprimido, cuja presso alterada conforme o valor que se desejarepresentar. Nesse caso a variao da presso do gs linearmente manipulada numa faixa especfica,padronizada internacionalmente, para representar a variao de uma grandeza desde seu limite inferior atseu limite superior. O padro de transmisso ou recepo de instrumentos pneumticos mais utilizados de0,2 a 1,0 kgf/cm2 (aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Ingls).Os sinais de transmisso analgica normalmente comeam em um valor acima do zero para termos umasegurana em caso de rompimento do meio de comunicao.O gs mais utilizado para transmisso o ar comprimido, sendo tambm o NITROGNIO e em casos

especficos o GS NATURAL (Petrobras).Vantagens

A grande e nica vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumticos est no fato de se poder oper-loscom segurana em reas onde existe risco de exploso (centrais de gs, por exemplo).

Desvantagens

Necessita de tubulao de ar comprimido (ou outro gs) para seu suprimento e funcionamento. Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador, etc, para fornecer aos

instrumentos ar seco, e sem partculas slidas. Devido ao atraso que ocorre na transmisso do sinal, este no pode ser enviado longa distncia, sem

uso de reforadores. Normalmente a transmisso limitada a aproximadamente 100 m. Vazamentos ao longo da linha de transmisso ou mesmo nos instrumentos so difceis de serem

detectados. No permite conexo direta aos computadores.4.2.2.2 Tipo Hidrulico

Similar ao tipo pneumtico e com desvantagens equivalentes, o tipo hidrulico utiliza-se da variao depresso exercida em leos hidrulicos para transmisso de sinal. especialmente utilizado em aplicaes

onde torque elevado necessrio ou quando o processo envolve presses elevadas.

Vantagens

Podem gerar grandes foras e assim acionar equipamentos de grande peso e dimenso. Resposta rpida.Desvantagens

Necessita de tubulaes de leo para transmisso e suprimento. Necessita de inspeo peridica do nvel de leo bem como sua troca. Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatrio, filtros, bombas, etc.4.2.2.3 Tipo Eltrico


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Esse tipo de transmisso feito utilizando sinais eltricos de corrente ou tenso. Facea tecnologia disponvelno mercado em relao a fabricao de instrumentos eletrnicos microprocessados, hoje, esse tipo detransmisso largamente usado em todas as indstrias, onde no ocorre risco de exploso.

Assim como na transmisso pneumtica, o sinal linearmente modulado em uma faixa padronizadarepresentando o conjunto de valores entre o limite mnimo e mximo de uma varivel de um processoqualquer. Como padro para transmisso a longas distncias so utilizados sinais em corrente contnuavariando de (4 a 20 mA) e para distncias at 15 metros aproximadamente, tambm utilizasse sinais emtenso contnua de 1 a 5V.

Vantagens

Permite transmisso para longas distncias sem perdas. A alimentao pode ser feita pelos prprios fios que conduzem o sinal de transmisso. No necessita de poucos equipamentos auxiliares. Permite fcil conexo aos computadores. Fcil instalao. Permite de forma mais fcil realizao de operaes matemticas. Permite que o mesmo sinal (4~20mA)seja lido por mais de um instrumento, ligando em srie os

instrumentos. Porm, existe um limite quanto soma das resistncias internas destes instrumentos, queno deve ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor.

Desvantagens

Necessita de tcnico especializado para sua instalao e manuteno. Exige utilizao de instrumentos e cuidados especiais em instalaes localizadas em reas de riscos.

Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais. Os cabos de sinal devem ser protegidos contra rudos eltricos.4.2.2.4 Tipo Digital

Nesse tipo, pacotes de informaes sobre a varivel medida so enviados para uma estao receptora,atravs de sinais digitais modulados e padronizados. Para que a comunicao entre o elemento transmissorreceptor seja realizada com xito utilizada uma linguagem padro chamado protocolo de comunicao.

Vantagens

No necessita ligao ponto a ponto por instrumento. Pode utilizar um par tranado ou fibra ptica para transmisso dos dados. Imune a rudos externos. Permitem configurao, diagnsticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha. Menor custo final.Desvantagem

Existncia de vrios protocolos no mercado, o que dificulta a comunicao entre equipamentos de marcasdiferentes.

Caso ocorra rompimento no cabo de comunicao pode-se perder a informao e/ou controle de vriasmalha.

4.2.2.5 Via Ondas de Rdio


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Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos so enviados sua estao receptora viaondas de rdio em uma faixa de freqncia especfica.

Vantagens

No necessita de cabos de sinal. Podem-se enviar sinais de medio e controle de mquinas em movimento.Desvantagens

Alto custo inicial. Necessidade de tcnicos altamente especializados.4.2.2.6 Via Moden

A transmisso dos sinais feita atravs de utilizao de linhas telefnicas pela modulao do sinal emfreqncia, fase ou amplitude.

Vantagens

Baixo custo de instalao. Podem-se transmitir dados a longas distncias.Desvantagens

Necessita de profissionais especializados. Baixa velocidade na transmisso de dados. Sujeito as interferncias externas, inclusive violao de informaes.5. INSTRUMENTOS DA MALHA

A malha de controle mais simples possvel constituda de um controlador ligado diretamente a vlvula decontrole que atua no processo. Na pratica, por questo das grandes distancias envolvidas, dos demoradostempos de respostas, da necessidade de condicionamento de sinais mal comportados, da vantagem dalinearizao de sinais quadrticos, da exigncia de compatibilidade de sinais com naturezas distintas, a malhade controle possui outros instrumentos para executar estas funes auxiliares e operacionais. O sistema de

controle do processo constitudo basicamente pelo processo em si e pela malha de instrumentos demedio e de controle. Os principais instrumentos so: o indicador, o registrador, o transmissor, o transdutor,o controlador, o computador matemtico, o integrador, o contador, a estao manual de controle e a vlvulade controle.

Elemento Sensor - Para se fazer o controle de uma varivel, necessrio, antes de tudo medir o seuvalor. O componente bsico de medio o elemento sensor. Este elemento no um instrumentocompleto, mas faz parte do transmissor ou do controlador. O tipo de elemento sensor depende da varivelmedida.O sensor pode ser de natureza mecnica ou eletrnica. O sensor mecnico sente a varivel do processoe fera uma fora ou movimento mecnico. O sensor eletrnico ativo sente a varivel e gera na sada uma

corrente ou uma tenso eltrica e no necessita de alimentao; o sensor eletrnico passivo requer umatenso de alimentao e varia uma grandeza eltrica passiva, como a resistncia, capacitncia ouindutncia.


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Indicador - O indicador o instrumento que sente uma varivel e mostra esta varivelatravs do conjunto de escala-ponteiro (analgico) ou atravs de nmeros (digital). O indicador pode serremoto ou local, mecnico, pneumtico ou eletrnico.

Registrador - O registrador o instrumento que sente uma varivel de processo e imprime o valor destavarivel em um grfico. O registrador pode ser remoto ou local. O registrador pode ser continuo oumultiponto. O acionamento grfico pode ser mecnico, eltrico ou raramente pneumtico.Atualmente o registrador esta sendo substitudo com vantagens pelo computado digital usado paraaquisio de dados (data logger). O computador digital utiliza suas vantagens inerentes de altavelocidade, de grande capacidade de armazenamento de dados, de possibilidade de mostrar os grficosem telas de vdeo e de imprimir os dados em formulrios contnuos.

Transmissor O Transmissor um instrumento que sente a varivel de processo e gera na sada umsinal padro, proporcional ao valor desta varivel. Pode-se usar o transmissor para enviar um sinalpadro a grandes distancias para ser manipulador remotamente e para permitir e centralizao e apadronizao dos instrumentos da sala de controle. Os sinais padres so:

Pneumticode 3 a 15 Psig ; 0,2 a 1 bar ou 0,2 a 1,0 kgf/cm2 Eletrnico de 4 a 20 mAcc.So poucos usados: 10 a 50 mAcc (nvel elevado e perigoso)1 a 5 Vcc (tenso no conveniente para a transmisso).

J so disponveis transmissores que incorporam o microprocessador em seu circuito eletrnico. Istopossibilita e facilita as operaes de computao matemtica, de alarme, de seqncia lgica e deintertravamento. So os chamados transmissores inteligentes.

Conversor Entre a vlvula de controle e o controlador pode-se ter outro instrumento condicionador desinal: o conversor. O conversor o instrumento que converte o sinal padro pneumtico no sinal padro

de corrente eltrica (P/I) ou vice-versa (I/P). Tipicamente usa-se o conversor I/P. De um modo geral, oconversor permite o uso de instrumentos pneumticos e eletrnicos na mesma malha. Controlador - O controlador o principal instrumento da malha de controle. o instrumento que recebe

dois sinais: a medio da varivel e o ponto de ajuste (set point). A funo especifica do controlador p ade comparar estes dois valores e gerar automaticamente u sinal de sada para atuar a vlvula, de modo adiminuir ou eliminar a diferena entre a mediao e o ponto de ajuste.O controlador detecta os erros entre o valor da medio da varivel de processo e o ponto de ajuste,respondendo, instantaneamente, de acordo com os modos de controle e seus ajustes.Normalmente o controlador recebe o sinal de um transmissor enviando o sinal de sada para um elementofinal de controle.

Computador matemtico - Usam-se computadores matemticos entre o transmissor de campo e ocontrolador de painel para condicionar o sinal. O computador analgico um instrumento que executaoperaes matemticas, tais como as de soma, subtrao, multiplicao, diviso, extrao de raizquadrada, integrao, seleo de sinal Maximo, mnimo ou mdio, alarme de valor absoluto, de desvio ede diferena. Eles so aplicados principalmente para a otimizao de controle, atravs da compensao,da linearizao e da manipulao matemtica dos sinais.

Contador - O contador um instrumento que recebe um trem de pulsos que os conta. O contador spode ter mostrador digital. O contador aplicado principalmente na totalizao de vazo, quando recebeos pulsos escalonados diretamente do medidor de vazo. Quando a sada do medidor de vazo analgica, o sinal aplicado a um integrador, que o converte em pulsos.

Estao manual de controle - Pode ser parte integrante do controlador ou pode ser um instrumentototalmente separado do controlador. A estao manual de controle permite ao operador gerar o sinalpadro de modo arbitrrio, para atuar diretamente no processo.

Elemento final de controle chamado normalmente de vlvula de controle e atua diretamente noagente de controle, manipulando uma varivel que tenha influncia significativa na varivel controlada.


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5.1 Caractersticas gerais dos instrumentos

Calibrao - Conjunto de operaes que estabelece sob condies especifica a relao dos valoresindicados por um instrumento do sistema de medio, onde um material de referencia com os valorescorrespondentes de uma grandeza determinada por um padro de referencia.

Ajuste-Operao que tem por objetivo levar o instrumento de medio a uma condio de desempenhoe ausncia de erros sistemticos, adequadas ao seu uso.

Padro Medida material, equipamento de medio, material de referncia ou sistema de medio quedefinem, concretiza, conservam ou reproduzem uma unidade ou um ou mais valores de uma grandeza,para serem transferidos a outros equipamentos de medio pro comparao.

Faixa calibrada (range) Faixa calibrada do instrumento so os valores que o instrumento podeassumir, entre um mnimo e um mximo. A faixa expressa por dois nmeros, exatamente o mnimo e omximo valor que a varivel pode assumir. Por exemplo, faixa calibrada de 0 a 100 C. Faixa de medio

tem o mesmo significado que faixa calibrada.Existem faixas comeando do zero, como a faixa de temperatura de 0 a 10 C. H porem faixas com ozero elevado, como a faixa de 20 a 120. E existem faixas com o zero suprimido, como -20 a 80 C.

Largura de faixa (span) - A largura de faixa a expressa por um nico numero obtida a partir da faixa demedio. A largura de faixa igual diferena entre o limite mximo e mnimo da faixa de medio. Paraos exemplos anteriores de faixa de medio, a largura de faixa respectivamente igual a:

0 a 100 C = 100 C 20 a 120 C = 100 C -20 a 80 C = 100 C Rangeabilidade Significam a relao do mximo sobre o mnimo valor da varivel medida, ambos com

a mesma preciso. Por exemplo, quando se mede uma temperatura de 100 C com a mesma precisoque se mede 5 C, tem-se uma rangeabilidade de 100/5 = 20. sempre til associar o fator preciso doinstrumento com a sua rabgeabilidade, em vez de tratar a preciso isoladamente.

Sensibilidade Ela pode assumir dois significados: Pode significar a variao na medio necessria para produzir uma leitura ou deflexo pr-

determinadas. Este conceito usado para voltmetros, galvanmetros. Pode indicar a menor variao na entrada que pode ser detectada na sada do instrumento. O oposto de

sensibilidade, nesta acepo, zona morta, desde que zona morta significa a maior alterao da varivel

de entrada que no produz uma variao detectvel na sada do instrumento. A zona morta que causa ahisterese. Sensibilidade pode ter um significado prximo a resoluo.

Preciso o grau de concordncia mutua e consistente entre varias medies individuais,principalmente relacionadas repetibilidade e reprodutibilidade. A Preciso uma medida do grau deliberdade dos erros aleatrios do instrumento. A preciso a qualidade que caracteriza um instrumentode medio dar indicaes equivalentes ao valor verdadeiro da quantidade medida. A preciso estarelacionada com a qualidade do instrumento.

Exatido - o grau de conformidade de um valor indicado para um valor padro reconhecidamenteaceito ou valor ideal. A exatido medida expressa pelo desvio mximo observado no teste de uminstrumento sob determinadas condies e atravs de um procedimento especifico. A exatido a

habilidade de um instrumento de medio dar indicaes equivalentes ao valor verdadeiro da quantidademedida. A exatido esta relacionada com a calibrao do instrumento. Confiabilidade Inclui o intervalo de tempo durante o qual o instrumento permanece calibrado. A

confiabilidade comumente expressa em MTBF (Meen Time Betweem Failures). O termo falha no


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significa necessariamente o desligamento completo do instrumento, mas que o mesmodeixou de manter sua especificao de erro.O instrumento que requer calibraes muito freqentes pouco confivel, porque apresenta problemaestrutural, ou est mal aplicado ou de m qualidade. Quando a indicao do instrumento se afasta do

valor verdadeiro, sua calibrao esta variando com o tempo e sua reprodutibilidade piora. Erro a diferena entre o valor medido e o valor ideal, terico, verdadeiro. O contrario de erro apreciso. Um instrumento muito preciso, apresenta pequeno erro. Existem vrios adjetivos para modificaro erro. So eles:

Erro ilegtimo o erro grosseiro ocasionado por um engano do operador ou sua inabilidade. Erro sistemtico quando se tm todas as medies aproximadamente repetitivas deslocadas do valor

verdadeiro, aproximadamente do mesmo valor. Esse valor do deslocamento chamado de polarizao doerro. Geralmente, o erro sistemtico pode ser diminudo ao mnimo por meio de nova calibrao doinstrumento.

Erro dinmico sempre est associado a um atraso e inrcia da varivel medida. Por exemplo, quandose faz a medio de temperatura atravs de termmetro com enchimento termal, necessrio se esperarque o sistema fique em equilbrio. de conhecimento geral, o modo de se medir a temperatura de umapessoa febril com um termmetro de haste: tem-se que se esperarem alguns minutos para ler atemperatura. O tempo esperado deve ser igual ao tempo que o termmetro leva para entrar em equilbriocom a temperatura do corpo humano. Qualquer leitura antes do equilbrio contm um erro grande.

Incerteza de medio erro associado a uma dada medio obtido atravs de analise estatstica doprocesso. No caso de medio por malha, o calculo da incerteza da malha, ser feito utilizando a seguinteformula.

22

2

2

1Im

nIII ++=

Im= incerteza da malha e In = incerteza de cada instrumento.

6. SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAO

6.1 Introduo

O uso correto da simbologia de representao de instrumentos fundamental para a correta apresentao dedocumentos na rea de controle e instrumentao. Toda esta simbologia foi padronizada pelos rgosnormativos, no caso a ISA (The international society for measurement and control, antiga Instrument SocietyofAmerica) e a ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas).No Brasil Associao Brasileiro de Normas Tcnicas (ABNT) atravs de sua norma NBR 8190 apresenta esugere o uso de smbolos grficos para representao dos diversos instrumentos e suas funes ocupadasnas malhas de instrumentao. No entanto, como dada a liberdade para cada empresaestabelecer/escolher a norma a ser seguida na elaborao dos seus diversos documentos de projeto deinstrumentao outras so utilizadas. Assim, devido a sua maior abrangncia e atualizao, uma das normasmais utilizadas em projetos industriais no Brasil a estabelecida pela ISA (Instrument Society of America).Em geral esta notao utilizada lado a lado com a representao dos equipamentos de processo formandoum documento denominado diagrama P&I (Process and Instrumentation/ Piping and Instrumentation)

6.2 Simbologia conforme Norma ABNT

6.2.1 Tipos de conexes

a) Conexes de processo, ligao mecnica


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ou suprimento ao instrumento;b) Sinal pneumtico;c) Sinal eltrico;d) Tubo capilar (sistema cheio);e)

Sinal hidrulico;f) Sinal eletromagntico ou snico.

6.2.2 Cdigo de identificao dos instrumentos

Cada instrumento deve se identificar com um sistema de letras que o classifique funcionalmente (Tabela 2).Como exemplo, uma identificao representativa a seguinte:

Tabela 2 Significado das letras de identificao.

OBSERVAO: Os nmeros entre parnteses se referem s notas relativas que so dadas a seguir.NOTAS RELATIVAS.

1)As letras indefinidas so prprias para indicao de variveis no listadas que podem ser repetidas emum projeto particular. Se usada, a letra dever ter um significado como primeira-letra e outro significadocomo letra-subsequente. O significado precisar ser definido somente uma vez e uma legenda para aquele


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respectivo projeto. Por exemplo: a letra N pode ser definida como Mdulo de Elasticidade naprimeira-letra na letrasubsequente.2)A letra no-classificada, X, prpria para indicar variveis que sero usadas uma vez, ou de uso limitado.Se usada, a letra poder ter qualquer nmero de significados como primeira-letra e qualquer nmero de

significados como letra-subsequente. Exceto para seu uso como smbolos especficos, seu significadodever ser definido fora do crculo de identificao no fluxograma. Por exemplo: XR-3 pode ser umregistrador de vibrao, XR-2 pode ser um registrador de tenso mecnica e XX4 pode ser umosciloscpio de tenso mecnica.3)Qualquer primeira-letra, se usada em combinao com as letras modificadoras D (diferencial), F (razo) ouQ (totalizao ou integrao), ou qualquer combinao, ser tratada como uma entidade primeira-letra.Ento, instrumentos TDI e TI medem duas diferentes variveis, que so: temperatura diferencial etemperatura.4)A primeira-letra A, para anlise, cobre todas as anlises no listadas na Tabela 1 e no cobertas pelasletras indefinidas. Cada tipo de anlise dever ser definido fora do seu crculo de indefinio no fluxograma.Smbolos tradicionalmente conhecidos como pH, O2, e CO, tm sido usados opcionalmente em lugar da

primeira-letra A. Esta prtica pode causar confuso particularmente quando as designaes sodatilografadas por mquinas que usam somente letras maisculas.5)O uso da primeira-letra U para multivariveis em lugar de uma combinao de primeiraletra opcional.6)O uso dos termos modificadores alto, baixo, mdio ou intermedirio e varredura ou seleo preferido,porm opcional.7) O termo segurana se aplicar somente para elementos primrios de proteo de emergncia eelementos finais de controle de proteo de emergncia. Ento, uma vlvula auto-operada que previne aoperao de um sistema acima da presso desejada, aliviando a presso do sistema, ser uma PCV, mesmoque a vlvula no opere continuamente. Entretanto esta vlvula ser uma PSV se seu uso for para proteger osistema contra condies de emergncia, isto , condies que colocam em risco pessoal e o equipamento,ou ambos e que no se esperam acontecer normalmente. A designao PSV aplica-se para todas as vlvulas

que so utilizadas para condies de emergncia em termos de presso, no importando se a construo eo modo de operao da vlvula enquadram-se como vlvula de segurana, vlvula de alvio ou vlvula desegurana e alvio.8)A funo passiva visor aplica-se a instrumentos que do uma viso direta e no calibrada do processo.9) O termo indicador aplicvel somente quando houver medio de uma varivel. Um ajuste manual,mesmo que tenha uma escala associada, porm desprovido de medio de fato, no deve ser designadoindicador.10) Uma lmpada-piloto, que a parte de uma malha de instrumentos, deve ser designada por umaprimeira-letra seguida pela letra subsequente. Entretanto, se desejado identificar uma lmpada-pilotoque no parte de uma malha de instrumentos, a lmpada-piloto pode ser designada da mesma maneira oualternadamente por uma simples letra L. Por exemplo: a lmpada que indica a operao de um motor eltrico

pode ser designada com EL, assumindo que a tenso a varivel medida ou XL assumindo a lmpada atuada por contatos eltricos auxiliares do sistema de partida do motor, ou ainda simplesmente L. A ao deuma lmpada-piloto pode ser acompanhada por um sinal audvel.11) O uso da letra-subsequente U para multifuno em lugar de uma combinao de outras letrasfuncionais opcional.12)Um dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais circuitos pode ser, dependendo dasaplicaes, uma chave, um rel, um controlador de duas posies, ou uma vlvula de controle.Se o dispositivo manipula uma corrente fluida de processo e no uma vlvula de bloqueio comum atuada

manualmente, deve ser designada como uma vlvula de controle. Para todas as outras aplicaes oequipamento designado como:a)uma chave, quando atuado manualmente;b)uma chave ou um controlador de duas posies se automtico e se atuado pela varivel medida. Otermo chave geralmente atribudo ao dispositivo que usado para atuar um circuito de alarme, lmpada


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piloto, seleo, intertravamento ou segurana. O termo controlador geralmente atribudo aoequipamento que usado para operao de controle normal;c)um rel se automtico e no atuado pela varivel medida, isto , ele atuado por uma chave ou porum controlador de duas posies.

13)Sempre que necessrio s funes associadas como o uso da letra-subsequente Y deve ser definidofora do crculo de identificao. No necessrio esse procedimento quando a funo por si s evidente talcomo no caso de uma vlvula solenide.14)O uso dos termos modificadores altos, baixo, mdio ou intermedirio, deve corresponder a valoresdas variveis medidas e no dos sinais, a menos que de outra maneira seja especificado. Por exemplo: umalarme de nvel alto derivado de um transmissor de nvel de ao reversa um LAH, embora o alarme sejaatuado quando o sinal alcana um determinado valor baixo. Os termos podem ser usados em combinaesapropriadas.15)Os termos alto e baixo, quando aplicados para designar a posio de vlvulas, so definidos como:

Alto - denota que a vlvula est em ou aproxima-se da posio totalmente aberta; Baixo - denota que a vlvula est em ou aproxima-se da posio totalmente fechada.6.2.3 Simbologia de Identificao de Instrumentos de Campo e Painel

6.2.3.1 Instrumento de Vazo


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6.2.3.2 Vlvula de controle

6.2.4 Alguns arranjos tpicos de instrumentos

6.2.4.1 Vazo


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6.2.4.2 Presso


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6.2.4.3 Temperatura


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6.2.4.4 Nvel

6.3 Simbologia conforme Norma ISA

As necessidades de procedimentos de vrios usurios so diferentes. A norma reconhece essasnecessidades quando esto de acordo com os objetivos e fornece mtodos alternativos de simbolismo. Vriosexemplos so indicados para adicionar informaes ou simplificar o simbolismo. Os smbolos dos

equipamentos de processo no fazem parte desta norma, porm so includos apenas para ilustrar asaplicaes dos smbolos da instrumentao.


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A norma adequada para uso em indstrias qumicas, de petrleo, de gerao de energia,refrigerao, minerao, refinao de metal, papel e celulose e muitas outras. Algumas reas, tal comoastronomia, navegao e medicina usam instrumentos to especializados que so diferentes dosconvencionais.

No houve esforos para que a norma atendesse s necessidades dessas reas. Entretanto, espera-se que amesma seja flexvel suficientemente para resolver grande parte desse problema.

Tabela 3 - Significado das letras de identificao.


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6.3.1 Smbolos de linhas de instrumentos

NOTA: OU significa escolha do usurio. Recomenda-se coerncia. Sugerimos as seguintes abreviaturas:


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6.3.2 Smbolos gerais de instrumentos ou de funes


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* O tamanho do smbolo pode variar de acordo com a necessidade do usurio e do tipo do documento.

Sugerimos acima um tamanho de quadrado e circulo para digramas grandes. Recomenda-se coerncia.** As abreviaturas da escolha do usurio, tal como IPI, IC2, C3, etc., podem ser usados quando fornecessrio especificar a localizao do instrumento ou da funo.


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*** Normalmente, os dispositivos de funes inacessveis ou que se encontram na parte traseirado painel podem ser demonstrados atravs dos mesmos smbolos porem, com linhas horizontais usando-seos pontilhados.

7. MEDIO DE PRESSOPode ser definida como sendo a relao entre uma fora aplicada perpendicularmente (90) a uma rea e expressa pela seguinte equao:

Figura 24 Exemplo de aplicao de uma fora de 10kgf numa superfcie.

A presso pode ser tambm expressa como a somatria da presso esttica e presso dinmica e assimchamada de presso total.

Presso Esttica - a presso exercida em um ponto, em fluidos estticos, que transmitidaintegralmente em todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais.

Presso Dinmica - a presso exercida por um fluido em movimento paralelo sua corrente. Apresso dinmica representada pela seguinte equao:

Presso total- a presso resultante da somatria das presses estticas e dinmicas exercidas porum fluido que se encontra em movimento.

7.1 Conceitos bsicos

Slido- Toda matria cuja forma no muda facilmente quando submetida a uma fora. Lquidos- Toda matria cuja forma pode ser mudada facilmente quando submetida a uma fora, porm

sem mudar o volume. Gs- Toda matria cuja forma e volume podem ser mudados facilmente quando submetida fora. Fluido - Toda matria cuja forma pode ser mudada e por isso capaz de se deslocar. Ao ato de sedeslocar caracterizado como escoamento e assim chamado de fluido. Massa Especfica- Tambm chamada de densidade absoluta a relao entre a massa e o volume de

uma determinada substncia. representada pela letra R () e no SI pela unidade (kg/m3). Densidade Relativa- Relao entre massa especfica de uma substncia A e a massa especfica de uma

substncia de referncia, tomadas mesma condio de temperatura e presso. Peso Especfico - Relao entre peso e o volume de uma determinada substncia. representado pela

letragama () e cuja unidade usual kgf/m3. Gravidade Especfica- Relao entre a massa de uma substncia e a massa de um mesmo volume de

gua, ambos tomadas mesma temperatura.

7.2 Tipos de presso


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A presso medida pode ser representada pela presso absoluta, manomtrica ou diferencial. Aescolha de uma destas trs depende do objetivo da medio. A seguir ser definido cada tipo, bem comosuas inter-relaes e unidades utilizadas para represent-las.

Presso absoluta - a presso positiva a partir do vcuo perfeito, ou seja, a soma da pressoatmosfrica do local e a presso manomtrica. Geralmente coloca-se a letra A aps a unidade. Masquando representamos presso abaixo da presso atmosfrica por presso absoluta, esta denominadagrau de vcuo ou presso baromtrica.

Presso manomtrica - a presso medida em relao presso atmosfrica existente no local,podendo serpositiva ou negativa. Geralmente se coloca a letra G aps a unidade para represent-la. Quando se fala em uma presso negativa, em relao a presso atmosfrica chamamos presso devcuo.

Presso diferencial - o resultado da diferena de duas presses medidas. Em outras palavras, apressomedida em qualquer ponto, menos no ponto zero de referncia da presso atmosfrica.

7.2.1 Relao entre Tipos de Presso MedidaA Figura 25 mostra graficamente a relao entre os trs tipos de presso medida.

Figura 25 Relao das presses medidas.

7.3 Unidades de Presso

A presso possui vrios tipos de unidade. Os sistemas de unidade MKS, CGS, gravitacional e unidade dosistema de coluna de lquido so utilizados tendo como referncia a presso atmosfrica e so escolhidas,dependendo da rea de utilizao, tipos de medida de presso, faixa de medio, etc.Em geral so utilizados para medio de presso, as unidades Pa, N/m, kgf/cm, mHg, mH2O, lbf/pol2, Atm ebar.A seleo da unidade livre, mas geralmente deve-se escolher uma grandeza para que o valor medido possaestar na faixa de 0,1 a 1000.

Assim, as sete unidades anteriormente mencionadas, alm dos casos especiais, so necessrias esuficientes para cobrir as faixas de presso utilizadas no campo da instrumentao industrial. Suas relaespodem ser encontradas na tabela de converso a seguir. A Tabela 4 mostra a converso das unidades depresso.


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Tabela 4 Converso das unidades de presso.

7.4 Tcnicas de medio de presso

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

7.4.1 Principais tipos de medidores de presso

Manmetros - So dispositivos utilizados para indicao local de presso e em geral divididos em duaspartes principais: o manmetro de lquidos, que utiliza um lquido como meio para se medir apresso, e omanmetro tipo elstico que utiliza a deformao de um elemento elsticocomo meio para se medir presso.A Tabela 5 classifica os manmetros de acordo com os elementos de recepo.

Tabela 5 Classificao dos manmetros de presso.

Manmetro de Lquidoa) Princpio de funcionamento e construo: um instrumento de medio e indicao local de pressobaseado na equao manomtrica. Sua construo simples e de baixo custo. Basicamente constitudo


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por tubo de vidro com rea seccional uniforme, uma escala graduada, um lquido de enchimentoe suportados por uma estrutura de sustentao.O valor de presso medida obtido pela leitura da altura de coluna do lquido deslocado em funo daintensidade da referida presso aplicada.

b) Lquidos de enchimento: A princpio qualquer lquido com baixa viscosidade, e no voltil nas condiesde medio, pode ser utilizado como lquido de enchimento. Entretanto, na prtica, a gua destilada e omercrio so os lquidos mais utilizados nesses manmetros.c) Faixa de medio: Em funo do peso especfico do lquido de enchimento e tambm da fragilidade dotubo de vidro que limita seu tamanho, esse instrumento utilizado somente para medio de baixaspresses. Em termos prticos, a altura de coluna mxima disponvel no mercado de 2 metros e assim apresso mxima medida de 2 mH2O caso se utilize gua destilada, e 2 mHg com utilizao do mercrio.d) Condio de leitura (formao de menisco): O mercrio e a gua so os lquidos mais utilizados para osmanmetros de lquidos e tem diferentes formas de menisco (Fig. 6). No caso do mercrio, a leitura feita naparte de cima do menisco, e para a gua na parte de baixo do menisco. A formao do menisco devido aofenmeno de tubo capilar, que causado pela tenso superficial do lquido 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 acoeso. A ao da tenso superficial neste caso obriga o lquido a subir dentro de um pequeno tubo vertical.Para lquidos que no molham o slido (mercrio), a tenso superficial tende a rebaixar o menisco numpequeno tubo vertical. A tenso superficial dentro do tubo no tem relao com a presso, precisando assimde compensao. Ver Figura 26 as formas de meniscos.

Figura 26 Forma de menisco.

O valor a ser compensado em relao ao dimetro interno do tubo d aproximadamente:

Mercrio- somar 14/d no valor da leitura gua- somar 30/d no valor da leiturad amplamente utilizado na faixa de 6 ~ 10mm. Na faixa de 6 mm, o valor muito grande ou seja, 2,3mmpara mercrio e 5mm para gua.

Assim, quando a presso de medio zero se pode confirmar a posio do menisco. Neste instante. Mede-se a altura em que a parte de cima ou a parte de baixo mudam pela presso.Neste caso no preciso adicionar a compensao. Quanto ao limite mnimo que se pode ler em uma escalagraduada a olho nu, este de aproximadamente 0,5 mm. Assim, na prtica, o valor mais utilizado paradiviso de uma escala de 1 mm para manmetro de lquido de uso geral e de 0,1mm (com escalasecundria) para manmetro padro.

e) Influncia da temperatura na leitura: Como a medio de presso utilizando manmetro de lquido

depende do peso especfico do mesmo, a temperatura do ambiente onde o instrumento est instalado irinfluenciar no resultado da leitura e, portanto sua variao, caso ocorra, deve ser compensada. Isto necessrio, pois na construo da escala levada em considerao a massa especfica do lquido a umatemperatura de referncia.


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Se o lquido utilizado for o mercrio, normalmente considera-se como temperatura de referncia0C e assim sua massa especfica sero 13.595,1 kg/m3.Se for gua destilada o lquido utilizado considera-se como temperatura de referncia 4C e assim sua massaespecfica ser 1.000,0 kg/cm3.

Na prtica, utiliza-se a temperatura de 20C como referncia e esta devem ser escritas na escala de presso.Outra influncia da temperatura na medio de presso por este instrumento no comprimento da escala quemuda em funo de sua variao e em leituras precisas deve ser tambm compensada.

Tipos de manmetros de lquidos

Manmetro tipo Coluna em U

O tubo em U um dos medidores de presso mais simples entre os medidores para baixa presso. constitudo por um tubo de material transparente (geralmente vidro) recurvado em forma de U e fixado sobreuma escala graduada. A Figura 27 mostra trs formas bsicas.

Figura 27 Manmetros tipo coluna U.

No tipo (a), o zero da escala est no mesmo plano horizontal que a superfcie do lquido quando as pressesP1 e P2 so iguais. Neste caso, a superfcie do lquido desce no lado de alta presso e, consequentementesobe no lado de baixa presso. A leitura se faz, somando a quantidade deslocada a partir do zero nos ladosde 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 mudana de presso. No tipo (c) a leitura feita a partir do pontomnimo da superfcie do lquido no lado de alta presso, subtrada do ponto mximo do lado de baixapresso.A leitura pode ser feita simplesmente medindo o deslocamento do lado de baixa presso a partir do mesmonvel do lado de alta presso, tomando como referncia o zero da escala. A faixa de medio deaproximadamente 0 ~ 2000 mmH2O/mmHg.

Manmetro tipo Coluna Reta Vertical

O emprego deste manmetro idntico ao do tubo em U. Nesse manmetro as reas dos ramos da colunaso diferentes, sendo a presso maior aplicada normalmente no lado da maior rea.Essa presso, aplicada no ramo de rea maior provoca um pequeno deslocamento do lquido na mesma,

fazendo com que o deslocamento no outro ramo seja bem maior, face o volume deslocado ser o mesmo esua rea bem menor.


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Figura 28 Manmetro tipo coluna reta vertical.

Manmetro tipo Coluna Inclinada

Este Manmetro utilizado para medir baixas presses na ordem de 50 mmH2O. Sua construo feitainclinando um tubo reto de pequeno dimetro, de modo a medir com boa preciso presses em funo dodeslocamento do lquido dentro do tubo. A vantagem adicional a de expandir a escala de leitura o que muitas vezes conveniente para medies de pequenas presses com boa preciso ( 0,02 mmH2O).

Figura 29 Manmetro tipo coluna inclinada.

Aplicao

Os manmetros de lquido foram largamente utilizados na medio de presso, nvel e vazo nos primrdiosda instrumentao. Hoje, com o advento de outras tecnologias que permitem leituras remotas, a aplicaodestes instrumentos na rea industrial se limite a locais ou processos cujos valores medidos no so cruciaisno resultado do processo ou a local cuja distncia da sala de controle inviabiliza a instalao de outro tipo deinstrumento. Porm, nos laboratrios de calibrao que ainda encontramos sua grande utilizao, poispodem ser tratados como padres.

Manmetro tipo elstico


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Este tipo de instrumento de medio de presso baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidadedos materiais. Em 1676, Robert Hook estabeleceu essa lei que relaciona a fora aplicada em um corpo e adeformao por ele sofrida. Em seu enunciado ele disse: o mdulo da fora aplicada em um corpo proporcional deformao provocada. Essa deformao pode ser dividida em elstica (determinada pelo

limite de elasticidade), e plstica ou permanente.Os medidores de presso tipo elstico so submetidos a valores de presso sempre abaixo do limite deelasticidade, pois assim cessada a fora a ele submetida o medidor retorna a sua posio inicial sem perdersuas caractersticas. Esses medidores podem ser classificados em dois tipos, quais sejam:

1) Conversor da deformao do elemento de recepo de presso em sinal eltrico ou pneumtico.2) Indicador/amplificador da deformao do elemento de recepo atravs da converso de deslocamentolinear em ngulos utilizando dispositivos mecnicos.

Funcionamento do medidor tipo elstico

O elemento de recepo de presso tipo elstico sofre deformao tanto maior quanto a presso aplicada.Esta deformao medido por dispositivos mecnicos, eltrico ou eletrnico. O elemento de recepo depresso tipo elstico, comumente chamado de manmetro, aquele que mede a deformao elstica sofridaquando est submetido a uma fora resultante da presso aplicada sobre uma rea especfica. Essadeformao provoca um deslocamento linear que convertido de forma proporcional a um deslocamentoangular atravs de mecanismo especfico. Ao deslocamento angular anexado um ponteiro que percorreuma escala linear e cuja faixa representa a faixa de medio do elemento de recepo.

Principais tipos de elementos de recepo

A Tabela 6 mostra os principais tipos de elementos de recepo utilizados na medio de presso baseada

na deformao elstica, bem como sua aplicao e faixa recomendvel de trabalho.

Tabela 6 Principais elementos de recepo.

Manmetro Tubo Bourdon

Construo e caracterstica do tubo de Bourdon

Tubo de Bourdon consiste em um tubo com seo oval, que poder estar disposto em forma de C, espiralou helicoidal (ver Figura 30), tem uma de sua extremidade fechada, estando outra aberta presso a sermedida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a tomar uma seo circular resultando ummovimento em sua extremidade fechada. Esse movimento atravs de engrenagens transmitido a umponteiro que ir indicar uma medida de presso em uma escala graduada.


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Figura 30 Formas do Bourdon

Material de Bourdon

De acordo com a faixa de presso a ser medida e a compatibilidade com o fluido que determinamos o tipo

de material a ser utilizado na confeco de Bourdon. A Tabela 7 indica os materiais mais utilizados naconfeco do tubo de Bourdon.


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Tabela 7 Materiais usados na fabricao do Bourdon.

Classificao dos manmetros tipo Bourdon

Os manmetros tipo Bourdon podem ser classificados quanto ao tipo de presso medida e quanto classe depreciso. Quanto presso medida ele pode ser manomtrico para presso efetiva, vcuo, composto oupresso diferencial.

Manmetro com selagem lquida

Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, viscosos, txicos, sujeitos alta temperatura e/ou

radioativos, a medio de presso com manmetro tipo elstico se torna impraticvel, pois o Bourdon no adequado para essa aplicao, seja em funo dos efeitos da deformao proveniente da temperatura, sejapela dificuldade de escoamento de fluidos viscosos, ou seja, pelo ataque qumico de fluidos corrosivos. Nessecaso, a soluo recorrer utilizao de algum tipo de isolao para impedir o contato direto do fluido doprocesso com o Bourdon.Existem basicamente dois tipos de isolao, (que tecnicamente chamado de selagem), utilizada. Um comselagem lquida, utilizando um fluido lquido inerte em contato com o Bourdon e que no se mistura com ofluido do processo. Nesse caso usado um pote de selagem conforme mostra a figura abaixo. Outro, tambmcom selagem lquida, porm utilizando um diafragma como selo. O fluido de selagem mais utilizado nessecaso a glicerina, por ser inerte a quase todos os fluidos. Este mtodo o mais utilizado e j fornecidopelos fabricantes quando solicitados, um exemplo desse tipo mostrado na Figura 31.


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Figura 31 Tipos de Selagem.Escolha do Tipo de Medidor

Quando se escolher os tipos de medidores de presso, deve-se observar a faixa de presso a ser medida, acaracterstica qumica do fluido e o local de instalao do instrumento. Devido baixa preciso de medio,perto do ponto zero e proteo contra sobre presso apropriado escolher um medidor de presso quetrabalhe numa faixa de 25 a 70% da presso mxima desejada.

Outros pontos que se devem observar so os seguintes:a) Na medio de leo e lquidos inflamveis, apropriado utilizar solda na tubulao de ligao aoinstrumento.b)O vapor com alta temperatura coroe o bronze fosforoso e o ao, por isso deve-se utilizar o medidor comselo dgua.c) O cloro reage com gua e coroe ao e bronze, por isso usa-se um selo de diafragma para projetar oelemento de recepo de presso.d)A amnia corroe o bronze e o bronze fosforoso, por isso utilizam-se o ao doce.e)No caso de outros lquidos corrosivos, usarem medidor tipo diafragma.f)Se em medidor de oxignio utilizar leo, pode ocorrer problema de exploso.

g)Se colocar em contato cobre ou combinado de cobre ao medidor de acetileno, acontecer, reao do cobrecom acetileno com possibilidade de exploso.

Recomendaes para uso

a) Quando escolher o local de instalao conveniente determinar um lugar com pouca variao detemperatura, perto da origem de medio de presso e de pouca pulsao e vibrao.b) Construir a tubulao mais curta possvel evitando locais onde existem umidade e gases corrosivos.Devem-se escolher materiais no corrosivos e no oxidantes e deve-se considerar a durabilidade datubulao.c)Deve-se colocar vlvulas de bloqueio na tomada de impulso de presso para se fazer com facilidade a

manuteno.d)Na medio de gases que condensam com facilidade tais como vapor e gs mido preciso tomar cuidadona colocao de pote de condensao com dreno para evitar acmulo de gua na parte molhada de medidor.


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Instrumentos para Alarme e intertravamento

A varivel presso quando aplicada em um processo industrial qualquer, submete os equipamentos a elasujeito a esforos de deformao que devem estar sempre abaixo de limites de segurana para que no

ocorra ruptura e consequentemente acidentes. A garantia da permanncia dos valores de presso sempreabaixo dos limites de segurana deve ser feito de forma automtica atravs de instrumentos de proteo. Nocaso da presso, um dos instrumentos de proteo com grande aplicao e pressostato sobre o qual serofeitas abordagens neste tpico.

Pressostato - um instrumento de medio de presso utilizado como componente do sistema deproteode equipamento ou processos industriais. Sua funo bsica de proteger a integridade de equipamentoscontra sobrepresso ou subpresso aplicada aos mesmosdurante o seu funcionamento. constitudo emgeral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave de duas posies (aberto oufechado). Como elemento sensor, pode-se utilizar qualquer um dos tipos j estudado, sendo o mais utilizadonas diversas aplicaes o diafragma. Como mecanismo de ajuste de set-point utiliza-se na maioria das

aplicaes uma mola com faixa de ajuste selecionada conforme presso de trabalho e ajuste, e em oposio presso aplicada.O mecanismo de mudana de estado mais utilizado o micro interruptor, podendo ser utilizado tambmampola de vidro com mercrio fechando ou abrindo o contato que pode ser do tipo normal aberto ou normalfechado.

8. MEDIO DE NIVEL

O nvel uma varivel importante na indstria no somente para a operao do prprio processo, mastambm para fins de clculo de custo e de inventrio. Os sistemas de medio de nvel variam emcomplexidade desde simples visores para leituras locais at indicao remota, registro ou controleautomtico. Na indstria se requer medies tanto de nvel de lquidos como de slidos.A medida do nvel de um reservatrio contendo lquido ou slido, efetuada a fim de manter esta varivel emum valor fixo ou entre dois valores determinados, ou ainda para determinar a quantidade (volume ou massa)do fluido em questo. Existem dois mtodos de medio que so usados nos processos em geral.

a) Mtodo de Medio Direta- a medio que se faz tendo como referncia a posio do plano superiorda substncia medida.b) Mtodo da Medio Indireta - o tipo de medio que se faz para determinar o nvel em funo de umasegundavarivel.

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