Instrumentacao Marco Antonio Ribeiro Sublinhada

7/22/2019 Instrumentacao Marco Antonio Ribeiro Sublinhada

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Instrumentao8aedio

Marco Antnio Ribeiro


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Instrumentao8

a

edio

Marco Antnio Ribeiro

Dedicado a Marcelina e Arthur, meus pais, sem os quais este trabalho noteria sido possvel, em todos os sentidos.

Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-seclaramente e de modo compreensvel. Quem se exprime de modo obscuro epretensioso mostra logo que no entende muito bem o assunto em questo ou ento,que tem razo para evitar falar claramente (Rosa Luxemburg)

1978, 1982, 1986, 1989, 1992, 1995, 1997, 1999, Tek Treinamento & Consultoria LtdaSalvador, Vero 1999


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Prefcio

Qualquer planta nova, bem projetada para produzir determinado produto, sempre requersistemas de instrumentao para fazer a medio, controle, monitorao e alarme dasvariveis. A escolha correta dos sistemas pode ser a diferena entre sucesso e fracasso parauma unidade, planta ou toda a companhia. Tambm, como h uma rpida evoluo dastecnologias e conseqente obsolescncia, periodicamente toda planta requer ampliaes emodificaes radicais que incluem a atualizao dos seus instrumentos e seus sistemas decontrole.

Assim, tcnicos e engenheiros que trabalham com o projeto, especificao, operao emanuteno de plantas de processo devem estar atualizados com a instrumentao e asrecentes tecnologias envolvidas. O presente trabalho foi escrito como suporte de um cursoministrado a engenheiros e tcnicos ligados, de algum modo, a estas atividades. Este trabalho

de Instrumentao e um outro de Controle de processo constituem um conjunto completo paraestudo e consulta.

Neste trabalho, d-se nfase aos equipamentos e instrumentos e so apresentados trsgrandes temas: Fundamentos, Funes dos Instrumentos e Medio das Variveis.

Na primeira parte, de Fundamentos de Instrumentao, so apresentados osconceitos relacionados com Instrumentao, Terminologia, Smbolos e Identificaodos instrumentos analgicos e digitais; vistos os instrumentos sob a ptica desistemas; mostradas a evoluo e as ondas da instrumentao. So apresentados osparmetros para a Especificao correta do instrumento individual, considerando oprocesso, ambiente, risco e corroso.

Na parte de Funes de inst rumentos, so estudados individualmente os

instrumentos, tais como sensor, transmissor, condicionador de sinal, indicador,registrador, totalizador, controlador e vlvula de controle.

Finalmente na terceira parte, so mostradas as tecnologias empregadas paramedir as principais Variveis de Processo, como presso, temperatura, vazo nvel,pH, condutividade e cromatografia, que so as variveis mais encontradas nasindstrias qumicas, petroqumicas e de petrleo.

Sugestes e crticas destrutivas so benvidas, no endereo: Rua CarmenMiranda 52, A 903, CEP 41820-230, Fone (071) 452-3195 eFax (071) 452-3058 e no e-mail:[email protected].

Marco Antnio RibeiroSalvador, vero 1999
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Autor

Marco Antnio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em Engenharia deEletrnica blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl,blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl,blablabl, blablabl.

Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em Salvador, BA,perodo da implantao do polo petroqumico de Camaari blablabl, blablabl,blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl,blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl.

Fez vrios cursos no exterior e possui dezenas de artigos publicados nasreas de Instrumentao, Controle de Processo, Automao, Segurana, Vazo eMetrologia e Incerteza na Medio blablabl, blablabl, blablabl, blablabl,blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl.

Desde 1987, diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda. blablabl,blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl,

blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl, blablabl,fi rma que prestaservios nas reas de Instrumentao e Contro le de Processo.


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Contedo

Fundamentos

1. InstrumentaoObjetivos de Ensino 2

1. Instrumentao 21.1. Conceito e aplicaes 21.2. Disciplinas relacionadas 2

2. Vantagens e Aplicaes 32.1. Qualidade do Produto 32.2. Quantidade do Produto 32.3. Economia do Processo 42.4. Ecologia 42.5. Segurana da Planta 42.6. Proteo do Processo 4

2. Smbolos e Identif icao1. Introduo 1

2. Aplicaes 1

3. Roteiro da identifi cao 13.1. Geral 13.2. Nmero de tag tpico 13.3. Identificao funcional 13.4. Identificao da malha 2

4. Simbologia de Instrumentos 34.1. Parmetros do Smbolo 34.2. Alimentao 34.3. Linhas entre os Instrumentos 64.4. Balo do Instrumento 6

5. Malha de contro le 13

6. Sistemas completos 13

7. Referncias bib liogrfi cas 16

3. Sistemas de Instrumentao1. Classes de Instrumentos 1

2. Manual e Automtico 1

3. Alimentao dos Instrumentos 1

4. Pneumtico ou Eletrnico 24.1. Instrumento pneumtico 34.2. Instrumento eletrnico 3

5. Analgico ou Digital 45.1. Sinal 45.2. Display 55.3. Tecnologia 55.4. Funo Matemtica 55.5. Analgica Versus Digital 6

6. Burro ou inteligente 7

7. Campo ou sala de contro le 87.1. Instrumento de campo 87.2. Instrumentos na sala 9

8. Modular ou integral 118.1. Painel de leitura 118.2. Instrumentos cegos 12

9. Dedicado ou compartilhado 13

10. Centralizado ou distr ibudo 13

11. Real ou Virtual 14

11.1. Instrumento real 1411.2. Instrumento virtual 1511.3. Controlador virtual comercial 15


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4. Evoluo da Instrumentao1. Introduo 1

2. Tipos de sinal 12.1. Analgica Pneumtica 12.2. Analgica Eletrnica 2

3. Topolog ia 33.1. Centralizada Compartilhada 33.2. Distribuda Compartilhada 43.3. Distribuda Dedicada 5

4. Computador no Processo 64.1. Justificativas do computador 64.2. Aplicaes tpicas 74.3. Otimizao do controle 94.3. Configuraes 94.4. Aquisio de dados 124.5. Sistemas digitais 18

5. Instrumentao inteligente 215.1. Conceito de microprocessador 21

5.2. Microprocessador 225.3. Vantagens e limitaes 225.4. Funo do Microprocessador 235.5. Multifuncionalidade 235.6. Exatido melhorada 245.7. Capacidades expandidas 245.8. Controle simplificado 245.9. Operaes matemticas 255.10. Anlise estatstica 255.11. Desempenho metrolgico 25

5.12. Vantagens e desvantagens 256. Protocolo de comunicao 26

6.1. Fieldbus 276.2. Protocolo HART 29

5. Terminologia5.1. Introduo5.2. Definies e Conceitos

6. EfemridesJornada atravs do tempo 2


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Funes dos Instrumentos

0. Funes dos Instrumentos1. Instrumentos de Medio

1.1. Introduo 11.2. Tipos de Medio 1

2. Aplicaes da Medio 32.1. Controle 32.2. Monitorao 42.3. Alarme 4

3. Sistema de Medio 4

1. Elemento Sensor1. Conceito 1

2. Terminologia 1

3. Modificadores 2

3. Princpios de transduo 3

4. Sensores Mecnicos 3

5. Sensores Eletrnicos 3

5.1. Sensor capacitivo 45.2. Sensor indutivo 45.3. Sensor relutivo 55.4. Sensor eletromagntico 55.5. Sensor piezoeltrico 55.6. Sensor resistivo 55.7. Sensor potenciomtrico 65.8. Sensor strain-gage 65.9. Sensor fotocondutivo 65.10. Sensor fotovoltico 65.11. Sensor termoeltrico 65.12. Sensor inico 7

6. Escolha do sensor 7

7. Caractersticas Desejveis 7

2. Transmissor1. Conceitos bsicos 1

1.1. Introduo 11.2. Justificativas do Transmissor 11.3. Terminologia 21.4. Transmisso do sinal 41.5. Sinais padro de transmisso 4

2. Natureza do transmissor5

2.1. Transmissor pneumtico 52.2. Transmissor eletrnico 7

3. Transmissor e manuteno 113.1. Transmissor descartvel 113.2. Transmissor convencional 123.3. Transmissor digital 123.4. Transmissor hbrido 14

4. Receptores associados 144.1. Instrumentos associados 144.2. Alimentao 144.3. Transmissor como controlador

15

5. Servios associados 155.1. Especificao 155.2. Instalao 155.3. Configurao 165.4. Operao 165.5. Calibrao 165.6. Manuteno 18

3. Condicionadores de Sinal1. Conceito 1

2. Aplicaes 1

3. Funes desenvolvidas 2

4. Linearizao da Vazo 44.1. Introduo 44.2. Lineares e No-lineares 5

5. Compensao 65.1. Introduo 65.2. Condies normal, padro e real

75.3. Compensao da Temperatura 85.4. Tomadas 8

6. Totalizao da Vazo 9

7. Servios associados 10

4. Indicador1. Conceito 1

2. Varivel Medida 1

3. Local de Montagem 2

4. Tipo da Indicao 2

5. Rangeabilidade da Indicao 3

6. Assoc iao a Outra Funo 4

7. Servios Associados 5


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5. Registrador1. Introduo 1

2. Topografia 1

3. Acionamento do Grfico 2

4. Penas 2

5. Grficos 3

6. Assoc iao a Outra Funo 4

7. Servios Associados 5

6. Computador de Vazo1. Conceito 1

2. Programveis 1

3. Dedicado 2

4. Aplicaes Clssicas 24.1. Vazo de liquido 24.2. Vazo de gs 34.3. Sistema com 2 transmissores 34.5. Vazo de massa de gs 3

5. Seleo do Computador 4

6. Planmetro 46.1. Histrico 46.2. Clculo matemtico 56.3. Mtodo do corte e peso 56.4. Mtodo do planmetro 5

6.5. Grficos Circulares Uniformes 66.6. Seleo e Especificao 6

7. Controlador1. Conceito 1

2. Componentes Bsicos 12.1. Medio 12.2. Ponto de Ajuste 12.3. Estao Manual Integral 22.4. Balano Automtico 22.5. Malha Aberta ou Fechada 32.6. Ao Direta ou Inversa 3

3. Especificao do Controlador 53.1. Controlador Liga-Desliga 53.2. Controlador com Intervalo Diferencial

53.3. Controlador Proporcional 63.4. Controlador P + I 73.5. Controlador P + D 83.6. Controlador P + I + D 103.7. Controlador Tipo Batelada 103.8. Controlador Analgico

123.9. Controlador Digital 13

4. Controlador Microprocessado 144.1. Conceito 144.2. Caractersticas 144.3. Controladores comerciais 15

4. Controlador SPEC 200 164.1. Descrio e Funes 16

5. Estao Manual de Controle 185.1. Estao Manual 185.2. Estao de Chaveamento A/M

185.3. Estao A/M e Polarizao 195.4. Servios Associados 20

8. Vlvula de Controle1. Introduo 1

2. Elemento Final de Controle 1

3. Vlvula de Controle 24. Corpo 3

4.1. Conceito 34.2. Sede 34.3. Plug 3

5. Castelo 4

6. Atuador 46.1. Operao 46.2. Atuador Pneumtico 56.3. Aes do Atuador 56.4. Escolha da Ao 6

6.5. Mudana da Ao 76.6. Dimensionamento 76.7. Outro Elemento Final 7

7. Acessrios 87.1. Volante 87.2. Posicionador 87.3. Booster 9

8. Caractersti ca da Vlvula10

8.1. Conceito 108.2. Vlvula e Processo 108.3. Escolha de Caractersticas 12

9. Operao da Vlvula 139.1. Aplicao da Vlvula 139.2. Desempenho 139.3. Rangeabilidade 14

10. Vedao e Estanqueidade 1510.1. Classificao 1510.2. Fatores do Vazamento 1510.3. Vlvulas de Bloqueio

15

11. Dimensionamento 1611.1. Filosofia 1611.2. Vlvulas para Lquidos 1711.3. Vlvulas para Gases 1711.4. Queda de Presso 17


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12. Instalao 1812.1. Introduo 1812.2. Localizao da Vlvula 1812.3. Comissionamento 1812.4. Tenses da Tabulao 1912.5. Redutores 19

12.6. Instalao da Vlvula 1913. Parmetros de Seleo 20

13.1. Funo da Vlvula 2013.2. Fluido do Processo 2013.3. Perdas de Atrito do Fluido 2013.4. Condies de Operao 2113.5. Vedao 2113.6. Materiais de Construo 2113.7. Elemento de Controle 21

14. Tipos de Vlvulas 2214.1. Vlvula Gaveta 2314.2. Vlvula Esfera 24

14.3. Vlvula Borboleta 2514.4. Vlvula Globo 2714.5. Vlvula Auto-regulada 28

15. Vlvulas Especiais 3015.1. Vlvula Reteno 3015.2. Tipo Levantamento 3115.3. Reteno Esfera 3115.4. Reteno Borboleta 3115.5. Reteno e Bloqueio

32

16. Vlvula de Alvio de Presso 3216.1. Funo do Equipamento 32

16.2. Definies e Conceitos 3216.3. Sobrepresso 3316.4. Vlvula de Segurana 34

17. Vlvulas Solenides 3617.1. Solenide 3617.2. Vlvula Solenide 3617.3. Operao e Ao 37

18. Vlvula Redutora de Presso 3818.1. Conceito 3818.2. Preciso da Regulao 3818.3. Sensibilidade 3818.4. Seleo 39

18.5. Instalao 3918.6. Operao 40

9. Balana Industrial1. Conceito de pesagem 1

1.1. Introduo 11.2. Massa, Fora e Peso 11.3. Consideraes histricas 2

1.4. Princpios de pesagem 21.5. Aplicaes de pesagem 3

2. Balanas com clulas de carga tipostrain gage 3

2.1. Princpio de Operao3

3. Variaes de Projeto 43.1. Sensores 43.2. Desempenho da clula 53.3. Strain gage a semicondutor 53.4. Linearizao da Clula 63.5. Clulas de carga e temperatura 6

3.6. Avanos na Tecnologia 63.7. Clulas com microprocessador 73.8. Avanos na Eletrnica

73.9. Calibrao, Teste e Aplicaes83.10. Invlucro e Segurana 8

4. Desempenho do sis tema 94.1. Temperatura 94.2. Balanas mecnicas 94.3. Sistema com clula de carga 104.4. Vibrao 104.5. Condies ambientais

104.6. Manuteno 114.7. Calibrao 11


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5. Especificao deInstrumentos

1. Informao do Produto 11.1. Propriedade (feature) 11.2. Especificao 1

1.3. Caracterstica 2

2. Propriedades do Instrumento 22.1. Funcionalidade 22.2. Estabilidade 62.3. Integridade 62.4. Robustez 102.5. Confiabilidade

112.6. Disponibilidade 152.7. Calibrao 162.8. Manuteno 172.9. Resposta dinmica 18

3. Especificaes do instrumento 203.1. Especificaes de Operao 20Caracterstica 203.2. Especificao de desempenho

203.3. Especificaes funcionais 303.4. Especificaes fsicas 313.5. Especificao de segurana 32

4. Corroso dos Instrumentos 414.1. Tipos de Corroso 414.2. Corroso nos instrumentos 414.3. Partes molhadas 42

4.4. Materiais de revestimento 424.5. Partes expostas ao ambiente 434.6. Instrumentos pneumticos 434.7. Instrumentos eletrnicos 434.8. Processos Marginais 45

5 Terminologia2.1. Introduo 12.2. Definies e Conceitos 12.3. Referncias Bibliogrficas 31


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Medio das Variveis

Objetivos de Ensino 1

1. Variveis de Processo 21.1. Introduo 21.2. Conceito 21.3. Dimenses 2

2. Tipos das Quantidades 32.1. Energia e Propriedade 32.2. Extensivas e Intensivas 32.3. Pervariveis e Transvariveis 32.4. Variveis e Constantes 42.5. Contnuas e Discretas 42.6. Mecnicas e Eltricas 4

3. Faixa das Variveis 63.1. Faixa e Amplitude de Faixa 63.2. Limites de Faixa 63.3. Faixa e Desempenho 6

4. Funo Matemtica 74.1. Conceito 74.2. Notao 74.3. Funo Linear 74.4. Correlao 8

1. Presso1. Conceitos Bsicos 1

1.1. Definio 11.2. Unidades 11.3. Tipos 2

2. Medio da Presso 32.1. Objetivos da medio 32.2. Padres de calibrao 42.3. Sensores Mecnicos 62.4. Sensores Eltricos 92.5. Seleo do Sensor 9

3. Acessr ios 9

3.1. Selo Qumico 93.2. Pressostato 10

2. Temperatura1. Conceitos Bsicos 1

1.1. Definies 11.2. Unidades 21.3. Escalas 21.4. EPIT 3

2. Medio da Temperatura 52.1. Introduo 52.2. Sensores 5

2.3. Termmetros de vidro 62.4. Bimetal 7

2.5. Enchimento Termal 82.6. Termopar 92.7. Resistncia detectora de temperatura

(RTD) 142.8. Pirmetros de radiao 16

3. Acessr ios 273.1. Bulbo 273.2. Capilar 283.3. Poo de temperatura 294. Referncias Bibliogrficas 30

3. Vazo

1. Fundamentos 11.1. Conceito de vazo 11.2. Unidades 21.3. Funes Associadas 21.4. Dificuldades da Vazo 3

2. Medidores de Vazo 42.1. Sistema de Medio 42.2. Tipos de Medidores 42.3. Quantidade ou Instantnea 42.4. Relao Matemtica 52.5. Dimetros Totais e Parciais 52.6. Com e Sem Fator K 5

2.7. Volumtricos ou Mssicos 62.8. Energia Extrativa ou Aditiva 62.9. Medidor Universal Ideal 62.10. Medidores Favoritos 7

3. Geradores de p 83.1. Elemento Gerador 9

4. Placa de Orifcio 94.1. Conceito 94.2. Caractersticas Fsicas 94.3. Tomadas da Presso 104.4. Dimensionamento 104.5. Vantagens 11

4.6. Desvantagens e Limitaes 114.7. Orifcio Integral 124.8. Tubo Venturi 124.9. Outros Geradores da Presso 134.10.Seleo do Elemento 134.11. Medidor do p 13

5. Medidor Tipo Alvo (Target) 14

6. Rotmetro de rea Varivel 15

7. Deslocamento Positivo 16


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8. Medidor Magntico 178.1. Princpio de funcionamento 178.2. Sistema de Medio 178.3. Tubo Medidor 178.4. Transmissor de Vazo 188.5. Vantagens 18

8.6. Desvantagens e limitaes 199. Turb ina 19

9.1. Princpio de funcionamento 199.2. Construo 199.3. Vantagens 209.4. Desvantagens e limitaes 20

10. Medidor tipo Vortex 21

11. Medidor Corio lis 2311.1. Introduo 2311.2. Efeito Coriolis 2311.3. Calibrao 2411.4. Medidor Industrial 2411.5. Caractersticas 2511.6. Aplicaes 2511.7. Limitaes 26

12. Medidor termal 2612.1. Princpio de Funcionamento 2612.2. Medidor a Calor 26

13. Medidor ultra-snico 2813.1. Introduo 2813.2. Diferena de Tempo 2813.3. Diferena de Freqncia 2913.4. Efeito Doppler 29

4. Nvel1. Conceitos Bsicos 1

1.1. Introduo 11.2. Conceito 11.3. Unidades 21.4. Aplicaes 2

2. Medio de Interface 3

3. Medio de Nvel 4

4. Visor de nvel 44.1. Medidor com Bia 5

4.2. Presso Diferencial 64.3. Medio a borbulhamento 94.4. Medio com Deslocador 114.5. Medio Radioativa 134.6. Sistema com radar 204.7. Medidor snico e ultra-snico 25

5. pH1. Introduo 12. Base Terica 13. Solues Buffer (Tampo) 34. Mtodos de Medio de pH 35. Projeto do Sistema de Medio 7

6. Medio de Redox 97. Analisadores de pH em Linha 11

6. Condutividade1. Introduo 12. Base terica 23. Fatores da condutividade 34. Mtodos de Medio 35. Clula de Condutividade 46. Configuraes 5

7. Cromatografia1. Introduo e Histrico 1

2. Tipos de Cromatografia 2

3. Cromatografia Gs-Lquido 2

4. Teoria Bsica da Cromatografia 24.1. Modelo da Cromatografia 34.2. Relao com a Teoria 44.3. Obteno da Separao 54.4. Cromatografia Gs-Slido 5

5. Cromatografia Lquida 65.1. Cromatografia Lquida 6

6. Equipamentos da CG 66.1. Caixas Termais 76.2. Sistemas do Gs de Arraste 96.3. Sistemas de Injeo 106.4. Tipos de Colunas 146.5. Detectores 15

7. Engenharia das Colunas 197.1. Interferncia de Pico 197.2. Eficincia da Fase Lquida 207.3. Eficincia da Coluna 217.4. Sistemas de Chaveamento 23

8. Cromatografia Gasosa 298.1. Avanos da Tecnologia 29

9. Cromatografia Lquida 319.1. Desenvolvimento Histrico 319.2. Lquida x Gasosa 329.3. Laboratrio x Processo 32


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Instrumentao1. Fundamentos

2. Funes3. Variveis


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1.

Fundamentos

1. Instrumentao2. Smbolos e Identificao3. Sistemas de Instrumentao

4. Evoluo da Instrumentao5. Terminologia6. Efemrides


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1.1

1.1

Instrumentao

Fig. 1.1.1. Operador de campo, sala de controle centralizada e arrea industrial


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Instrumentao

2.2

Objetivos de Ensino

1. Definir o significado de instrumentao elistar as disciplinhas correlatas.

2. Descrever as aplicaes e as vantagens

do controle e da automao industrial.3. Informar acerca do histrico e daevoluo das tecnologias aplicadas:analgica e digital, pneumtica eeletrnica, centralizada e distribuda,dedicada e compartilhada, real e virtual..

1. Instrumentao

1.1. Conceito e aplicaes

A instrumentao o ramo da engenharia que tratado projeto, fabricao, especificao, montagem,operao e manuteno dos instrumentos para amedio, alarme, monitorao e controle dasvariveis do processo industrial. As variveis tipicasincluem mas no se limitam a presso, temperatura,vazo, nvel e anlise.

As indstrias que utilizam osinstrumentos de medio e de controle doprocesso, de modo intensivo e extensivoso: qumica, petroqumica, refinaria depetrleo, txtil, borracha, fertilizante,

herbicida, papel e celulose, alimentcia,farmacutica, cimento, siderrgica,minerao, vidro, nuclear, hidreltrica,termeltrica, tratamento d'gua e deefluentes.

Os instrumentos esto associados eaplicados aos seguintes equipamentos:caldeira, reator, bomba, coluna dedestilao, forno, queimador, refrigerador,aquecedor, secador, condicionador de ar,compressor, trocador de calor e torre deresfriamento.

1.2. Disciplinas relacionadas

O projeto completo do sistema decontrole de um processo envolve vriosprocedimentos e exige os conhecimentosdos mais diversos campos da engenharia,tais como:1. a mecnica dos fluidos, para a

especificao das bombas, odimensionamento das tabulaes, adisposio de bandejas da coluna de

destilao, o tamanho dos trocadores decalor, a potncia dos compressores.

2. a transferncia de calor, para adeterminao da remoo do calor dosreatores qumicos, pr-aquecedores,caldeiras de recuperao e odimensionamento dos condensadores.

3. a cintica das reaes qumicas, para odimensionamento dos reatores, para aescolha das condies de operao(presso, temperatura e nvel) e doscatalizadores,

4. a termodinmica, para o calculo datransferncia de massa, do nmero e darelao das placas de refluxo e dascondies de equilbrio do reator.Esses conhecimentos auxiliam na

escolha e na aplicao do sistema decontrole automtico associado ao processo.

Os modelos matemticos, as analogias e asimulao do processo so desenvolvidos edirigidos para o entendimento do processo esua dinmica e finalmente para a escolhado melhor sistema de controle.

A especificao dos instrumentos requero conhecimento dos catlogos dosfabricantes e das funes a seremexecutadas, bem como das normas, leis eregulamentaes aplicveis.A manuteno dos instrumentos exige oconhecimento dos circuitos mecnicos,

pneumticos e eletrnicos dos instrumentos,geralmente fornecidos pelos fabricantes dosinstrumentos. Para a manuteno dainstrumentao pneumtica exige-se ahabilidade manual e uma pacincia bovinapara os ajustes de elos, alinhamento defoles, estabelecimento de ngulos retosentre alavancas, colocao de parafusos emlocais quase inacessveis. A manutenodos instrumentos eletrnicos requer oconhecimento da eletrnica bsica, dofuncionamento dos amplificadores

operacionais e atualmente das tcnicasdigitais. O fabricante honesto fornece oscircuitos eletrnicos e os diagramas debloco esquemticos dos instrumentos.

Para a sintonia do controlador e oentendimento dos fenmenos relativos aoamortecimento, oscilao e saturao til o conhecimento rigoroso dos conceitosmatemticos da integral e da derivada. Aanalise terica da estabilidade do processorequer uma matemtica transcendental,envolvendo a funo de transferncia, oszeros e os plos de diagramas, as equaes


17/477

Instrumentao

2.3

diferenciais, a transformada de Laplace e oscritrios de Routh-Hurwitz.

2. Vantagens e Aplicaes

Nem todas as vantagens dainstrumentao podem ser listadas aqui. Asprincipais esto relacionadas com aqualidade e com a quantidade dos produtos,fabricados com segurana e semsubprodutos nocivos. H muitas outrasvantagens. O controle automtico possibilitaa existncia de processos extremamentecomplexos, impossveis de existirem apenascom o controle manual. Um processoindustrial tpico envolve centenas e atmilhares de sensores e de elementos finais

de controle que devem ser operados ecoordenados continuamente.Como vantagens, o instrumento de

medio e controle1. no fica aborrecido ou nervoso,2. no fica distrado ou atrado por pessoas

bonitas,3. no assiste a um jogo de futebol na

televiso nem o escuta pelo rdio,4. no pra para almoar ou ir ao banheiro,5. no fica cansado de trabalhar,6. no tem problemas emocionais,

7. no abusa seu corpos ou sua mente,8. no tem sono,9. no folga do fim de semana ou feriado,10. no sai de frias,11. no reivindica aumento de salrio.Porm, como desvantagens, o instrumento1. sempre apresenta erro de medio2. opera adequadamente somente quando

estiver nas condies previstas pelofabricante,

3. requer calibraes peridicas, para semanter exato requer manuteno

preventiva ou corretiva, para que suapreciso se mantenha dentro dos limitesestabelecidos pelo fabricante e se essamanuteno no for correta, ele sedegrada ao longo do tempo,

4. provvel que algum dia ele falhe e pelalei de Murphy, esta falha geralmenteacontece na pior hora possvel e podeacarretar grandes complicaes.

2.1. Qualidade do Produto

A maioria dos produtos industriais fabricada para satisfazer determinadas

propriedades fsicas e qumicas. Quantomelhor a qualidade do produto, menoresdevem ser as tolerncias de suaspropriedades. Quanto menor a tolerncia,maior a necessidade dos instrumentos paraa medio e o controle automtico.

Os fabricantes executam testes fsicos equmicos em todos os produtos feitos ou,pelo menos, em amostras representativastomadas aleatoriamente das linhas deproduo, para verificar se asespecificaes estabelecidas foramatingidas pela produo. Para isso, sousados instrumentos tais comodensitmetros, viscosmetros,espectrmetros de massa, analisadores deinfravermelho, cromatgrafos e outros.

Os instrumentos possibilitam averificao, a garantia e a repetibilidade daqualidade dos produtos.

Atualmente, o conjunto de normas ISO9000 exige que os instrumentos queimpactam a qualidade do produto tenhamum sistema de monitorao, onde estoincludas a manuteno e calibraodocumentada deles.

Fig. 1.1.2. Instrumentos de medio de nvel

2.2. Quantidade do Produto

As quantidades das matrias primas,dos produtos finais e das utilidades devemser medidas e controladas para fins debalano do custo e do rendimento doprocesso. Tambm freqente a mediode produtos para venda e compra entreplantas diferentes.

Os instrumentos de indicao, registro e

totalizao da vazo e do nvel fazem a


18/477

Instrumentao

2.4

aquisio confivel dos dados atravs dasmedies de modo continuo e preciso.

Os instrumentos asseguram aquantidade desejada das substncias.

Fig. 1.1.3. Instrumentao aplicada indstria

2.3. Economia do Processo

O controle automtico economiza aenergia, pois elimina o superaquecimentode fornos, de fornalhas e de secadores. Ocontrole de calor est baseado geralmentena medio de temperatura e no existenenhum operador humano que consigasentir a temperatura com a preciso e asensitividade do termopar ou da resistncia.

Instrumentos garantem a conservaoda energia e a economia do processo .

2.4. Ecologia

Na maioria dos processos, os produtosque no so aproveitveis e devem ser

jogados fora, so prejudiciais s vidasanimal e vegetal. A fim de evitar esteresultado nocivo, devem ser adicionadosagentes corretivos para neutralizar estesefeitos. Pela medio do pH dos efluentes,pode se economizar a quantidade do agentecorretivo a ser usado e pode se assegurarque o efluente esteja no agressivo. Osinstrumentos garantem efluentes limpos einofensivos.

2.5. Segurana da Planta

Muitas plantas possuem uma ou vriasreas onde podem estar vrios perigos, taiscomo o fogo, a exploso, a liberao deprodutos txicos. Haver problema, a no

ser que sejam tomados cuidados especiaisna observao e no controle destesfenmenos. Hoje so disponveisinstrumentos que podem detectar apresena de concentraes perigosas degases e vapores e o aparecimento dechama em unidades de combusto. Osinstrumentos protegem equipamentos evidas humanas.

2.6. Proteo do Processo

O processo deve ter alarme e proteoassociados ao sistema de medio econtrole. O alarme realizado atravs dasmudanas de contatos eltricos,monitoradas pelos valores mximo e mnimodas variveis do processo. Os contatos dosalarmes podem atuar (ligar ou desligar)equipamentos eltricos, dispositivos sonorose luminosos.

Os alarmes podem ser do valor absolutodo sinal, do desvio entre um sinal e umareferncia fixa e da diferena entre dois

sinais variveis. til o uso do sistema de desligamento

automtico ou de trip do processo. Deve-seproteger o processo, atravs de um sistemalgico e seqencial que sinta as variveis doprocesso e mantenha os seus valoresdentro dos limites de segurana, ligando oudesligando os equipamentos e evitandoqualquer seqncia indevida que produzacondio perigosa.

Os primeiros sistemas deintertravamento utilizavam contatos de reles,contadores, temporizadores e integradores.Hoje, so utilizados os ControladoresLgicos Programveis (CLP), a base demicroprocessadores, que possuem grandeeficincia em computao matemtica,seqencial e lgica, que so os parmetrosbsicos do desligamento.

Alguns instrumentistas fazem distinoentre o sistema de desligamento (trip) e o deintertravamento (interlock), enquanto outrosconsideram os dois conceitos idnticos.

!

!Apostilas\Ins trumentao. 11 Introduo.doc 23 MAR 01 (Substitui 03 SET 00)


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2.1

1.2

Smbolos e Identificao

1. Introduo

A simbologia de instrumentaoanalgica e digital, compartilhada eintegral, distribuda e centralizada sebaseia nas seguintes normas americanas(geralmente traduzidas para o portugus) :

1. ISA S5.1, Instrumentation Symbolsand Identification, 1984

2. ISA S5.3, Graphic Symbols forDistributed Control/Shared DisplayInstrumentation, Logic and ComputerSystems, 1983

2. Aplicaes

Os smbolos de instrumentao soencontrados principalmente em

1. fluxogramas de processo e deengenharia,

2. desenhos de detalhamento deinstrumentao instalao,diagramas de ligao, plantas delocalizao, diagramas lgicos decontrole, listagem de instrumentos,

3. painis sinpticos e semigrficos nasala de controle,4. diagramas de telas de vdeo de

estaes de controle.

3. Roteiro da identi ficao

3.1. Geral

Cada instrumento ou funo a seridentificada designado por um conjuntoalfanumrico ou nmero de tag. A parte deidentificao da malha correspondente aonmero comum a todos os instrumentosda mesma malha. O tag pode ainda tersufixo para completar a identificao.

3.2. Nmero de tag tpico

TIC 103Identificao do instrumento ou tagdo instrumento

T 103Identificao da malha (malha detemperatura, nmero 103)

TICIdentificao funcional ControladorIndicador de temperatura

T Primeira letra (varivel da malha)

ICLetras subsequentes (funo doinstrumento na malha

O nmero da malha do instrumento pode incluir ocdigo da informao da rea . Por exemplo, o TIC500-103, TIC 500-104, aos dois controladoresindicadores de temperatura, ambos da rea 500 e osnmeros seqenciais so 103 e 104.

3.3. Identificao funcional

A identificao funcional do instrumentoou seu equivalente funcional consiste de

letras da Tab. 1 e inclui uma primeira letra,que a varivel do processo medida ou de


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2.2

inicializao. A primeira letra pode ter ummodificador opcional. Por exemplo, PT otransmissor de presso e PDT otransmissor de presso diferencial.

A identificao funcional do instrumento feita de acordo com sua funo e no desua construo. Assim, um transmissor depresso diferencial para medir nvel tem otag LT (transmissor de nvel) e no o dePDT, transmissor de presso diferencial.Embora o transmissor seja construdo erealmente mea presso diferencial, seutag depende de sua aplicao e por issopode ser LT, quando mede nvel ou FT,quando mede vazo. Outro exemplo, umachave atuada por presso ligada sadade um transmissor pneumtico de nvel

tem tag LS, chave de nvel e no PS,chave de presso.O tag tambm no depende da varivel

manipulada, mas sempre da varivelinicializada ou medida. Assim, uma vlvulaque manipula a vazo de sada de umtanque para controlar nvel, tem tag de LVou LCV e no de FV ou FCV.

A segunda letra tipicamente a funodo instrumento. FT o tag de umtransmissor (T) de vazo (F). Tambm asegunda letra pode ter um ou mais

modificadores. FIA o tag de um indicadorde vazo, com alarme. Alarme omodificador da funo indicao. Tambmpode se detalhar o tipo de alarme, p. ex.,FIAL o tag de um indicador de vazocom alarme de baixa.

O tag pode ter modificador da varivel(primeira letra) e da funo (segunda letra).Por exemplo, PDIAL um indicador depresso diferencial (modificador depresso) com alarme (modificador doindicador) de baixa (modificador do

alarme).Quando o tag possuir vrias letras,

pode-se dividi-lo em dois tags. Oinstrumento simbolizado por dois balesse tangenciando e o tag por ser, porexemplo, TIC-3 para o controladorindicador de temperatura eTSH-3 para a chave manual associada aocontrolador.

Todas as letras de identificao deinstrumentos so maisculas. Por isso,deve-se evitar usar FrC para controladorde relao de vazes e usar FFC,controlador de frao de vazes.

As funes de computao (+. -, x, ,), seleo (), lgica e covnerso (i/p,p/i) deve ter os smbolos ao lado do balo,para esclarecer a funo executada.

3.4. Identi ficao da malhaA identificao da malha geralmente

feita por um nmero, colocado ao final daidentificao funcional do instrumentoassociado a uma varivel de processo. Anumerao pode ser serial ou paralela.Numerao paralela comea de 0 ou paracada varivel, TIC-100, FIC-100, LIC-100 eAI-100. Numerao serial usa uma nicaseqncia de nmeros, de modo que setem TIC-100, FIC-101, LIC-102 e AI-103. Anumerao pode comear de 1 ouqualquer outro nmero conveniente, como101, 1001, 1201.

Quando a malha tem mais uminstrumento com a mesma funo,geralmente a funo de condicionamento,deve-se usar apndice ou sufixo aonmero. Por exemplo, se a mesma malhade vazo tem um extrator de raiz quadradae um transdutor corrente para pneumtico,o primeiro pode ser FY-101-A e o segundoFY-101-B. Quando se tem um registrador

multiponto, com n pontos, comumnumerar as malhas como TE-18-1, TE-18-2, TE-18-3 at TE-18-n.

Quando um registrador tem penasdedicadas para vazo, presso,temperatura, seu tag pode ser FR-2, PR-5e TR-13. Se ele registra trs temperaturasdiferentes, seu tag pode ser TR-7/8/9.

Acessrios de instrumentos, comomedidores de purga, regulador de presso,pote de selagem e poo de temperatura,que s vezes nem mostrado

explicitamente no diagrama, precisam seridentificados e ter um tag, de acordo comsua funo e deve ter o mesmo nmero damalha onde utilizado. Esta identificaono implica que o acessrio deva serrepresentado no diagrama. Tambm podeusar o mesmo tag da malha e colocando-se a palavra de sua funo, como SELO,POO, FLANGE, PURGA. H acessrioque possui letra correspondente, como Wpara poo termal.

Pode haver diferenas de detalhes de

identificao. Por exemplo, para a malha


21/477


2.3

301 de controle de temperatura, pode-seter a seguinte identificao:

TE-301 sensor de temperaturaTT 301 transmissor de temperatura

TIC-301 controlador de temperaturaTCV-301 vlvula controladora (ou decontrole) de temperatura

Porm, h quem prefira e use:

TIC-301-E sensor de temperaturaTIC 301-T transmissor de temperaturaTIC-301-C controlador de temperaturaTIC-301-V vlvula controladora (ou de

controle) de temperatura

Tambm possvel encontrar emdiagramas o tag de TIC ou TC para ocontrolador de temperatura. Comopraticamente todo controlador tambmindicador, comum simplificar e usar TC.

Alguns projetistas usam pequenasdiferenas de tag para distinguir vlvulasauto controladas (reguladoras) de vlvulasconvencionais que recebem o sinal docontrolador. Assim, a vlvula autocontrolada de temperatura tem tag de TCVe a vlvula convencional de TV.

4. Simbologia de Instrumentos

A normalizao dos smbolos eidentificaes dos instrumentos demedio e controle do processo, que incluismbolos e cdigos alfa numricos, tornapossvel e mais eficiente a comunicao dopessoal envolvido nas diferentes reas deuma planta manuteno, operao, projetoe processo. Mesmo os no especialistasem instrumentao devem saber aidentificao dos instrumentos.

4.1. Parmetros do Smbolo

A simbologia correta da instrumentaodeve conter os seguintes parmetros

1. identificao das linhas deinterligao dos instrumentos, p.

ex.., eletrnica fsica , eletrnica porconfigurao, pneumtica.

2. determinao do local de instalaodos instrumentos, acessvel ou noacessvel ao operador de processo.

3. filosofia da instrumentao, quantoao instrumento ser dedicado a cadamalha ou compartilhado por umconjunto de malhas de processo

4. identificao (tag) do instrumento,envolvendo a varivel do processo,a funo do instrumento e o numeroda malha do processo.

5. outras informaes adicionais.

4.2. Alimentao dos instrumentos

A maioria absoluta dos instrumentos demedio e de controle requer alguma fontede alimentao, que lhe fornea algum tipode energia para seu funcionamento.

Os tipos mais comuns de alimentaoso a eltrica e a pneumtica, porm hmuitas outras disponveis.

As seguintes abreviaes sosugeridas para denotar os tipos dealimentao. Opcionalmente, elas podemindicar tambm tipos de purga.

AS Suprimento de ar (Air supply)

ES Suprimento eltrico (Electric supply)

GS Suprimento de gs (Gas supply)

HS Suprimento hidrulico

NS Suprimento de Nitrognio

SS Suprimento de Vapor (Steam supply)

WS Suprimento de gua (Water supply)

O nvel de alimentao pode seradicionado linha de alimentao doinstrumento. Por exemplo, AS 100 kPa(alimentao pneumtica de 100 kPa), ES24 V cc (alimentao de 24 V cc parainstrumento eltrico).


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2.4

Tab. 1.2.1. Vlvulas de controle

Vlvula de controle comatuador pneumtico

Vlvula atuada porcilindro (ao dupla)

Vlvula auto regulada oureguladora

Reguladora com tomadade presso externa

Reguladora de vazoautocontida

Vlvula solenide comtrs vias com reset

Atuada por diafragmacom presso balanceada

Vlvula com atuador adiafragma e posicionador

Ao da vlvula

FC Falha fechadaFO Falha aberta

Vlvula de controle comatuador manual

Tab. 1.2.2. Vlvulas manuais

(*) Vlvula gaveta(*) Pode ser acopladoatuador ao corpo

(*) Vlvula globo

Vlvula reteno

Vlvula plug

Vlvula controle manual

(*) Vlvula esfera

(*)Vlvula borboleta oudamper

Vlvula de reteno ebloqueio

Vlvula de blowdown

(*)Vlvula diafragma

(*)Vlvula ngulo

(*)Vlvula trs vias

Vlvula quatro vias

Corpo de vlvula isolado

Vlvula agulha

Outras vlvulas comabreviatura sob o corpo

S

R

FO ou FC

IhV

NV

TSO


23/477


2.5

Tab. 1.2.3. Miscelnea

Vlvula de segurana depresso, ajuste em 100kPa

Vlvula de segurana devcuo, ajuste em 50 mmH2O vcuo

Disco de ruptura(presso)

Disco de ruptura (vcuo)

C = selo qumicoP = amortecedor de

pulsaoS = sifo

Plug

Mangueira

Filtro, tipo Y

Purgador de vapor

Dreno contnuo

Cdigo item #1234

Funil de dreno(Ver abreviaturas)

Instrumento de nvel tipodeslocador, montado

externamente ao tanque

Filtro tipo T

Placa de orifcio com flange

Totalizador indicador devazo a DP

Indicador de vazo tipo reavarivel

Tubo venturi ou bocalmedidor de vazo

Turbina medidora de vazoou elemento propelente

Placa de orifcio em portaplaca

Tubo pitot ou Annubar

Espetculo cego instaladocom anel em linha(passagem livre)

Espetculo cego instaladocom disco em linha(bloqueado)

Transmissor de nvel apresso diferencial

PSV

PSV

PSE

PSE

C

T

LSV

T

LSV

o

LT

FE

FQI

FI

FE

FE

FE

FE

LT


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2.6

4.3. Linhas entre os Instrumentos

As linhas de ligaes entre os instrumentos devem ser mais finas que as linhas deprocesso e so simbolizadas como mostrado a seguir.

Sinal indefinido: conexo com processo, elo mecnico oualimentao do instrumentoSinal pneumtico, tpico de 20 a 100 kPa (3 a 15 psi)Sinal eletrnico, tpico de 4 a 20 mA ccSinal de ligao por programao ou elo de comunicaoElo mecnico

~ ~ ~ Sinal eletromagntico ou snico (guiado)~ ~ ~ Sinal eletromagntico ou snico (no guiado)

L L L Sinal hidrulicoTubo capilarLinha de processo

4.4. Balo do Instrumento

O instrumento completo simbolizado por um pequeno balo circular, com dimetroaproximado de 12 mm. Porem, os avanos nos sistemas de controle com instrumentaoaplicando microprocessador, computador digital, que permitem funes compartilhadas emum nico instrumento e que utilizam ligaes por programao ou por elo de comunicao,fizeram surgir outros smbolos de instrumentos e de interligaes.

Tab. 1.2.4. Representao dos instrumentos em Diagramas P&I

Sala de Controle Central Local Auxiliar Campo

Acessvel aooperador

Atras do painelou inacessvelao operador

Acessvel aooperador

Atras do painelou inacessvelao operador

Montadono campo

EquipamentoInstrumentodiscreto

EquipamentocompartilhadoInstrumentocompartilhadoSoftwareFuno de

computador

LgicacompartilhadaControle LgicoProgramvel

Instrumentos compartilhando o mesmo invlucro. No mandatrio mostrar uma caixa comum.

Tab. 1.2.5. Letras de Identi ficao


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2.7

Primeira letra Letras subsequentes

Varivel Modificador Funo display Funo sada Modificador

A Anlise (5,19) Alarme

B Queimador Escolha (1) Escolha (1) Escolha (1)

C Escolha (1) Controle (13)

D Escolha (1) Diferencial

E Tenso (f.e.m.) Elemento sensor

F Vazo (flow) Frao ou relao (4)

G Escolha (1) Visor (9) ouindicador local

H Manual (hand) Alto (high)(7, 15, 16)

I Corrente Indicao (10)

J Potncia Varredura (scan) (7)

K Tempo Tempo de mudana(4, 21)

Estao controle(22)

L Nvel (level) Lmpada (11) Baixo (low)(7, 15, 16)

M Escolha (1) Momentneo Mdio (7, 15)

N Escolha (1) Escolha (1) Escolha (1) Escolha (1)

O Escolha (1) Orifcio ouRestrio

P Presso, Vcuo Ponto de teste

Q Quantidade Integral, Total (4)

R Radiao Registro (17)

S Velocidade ouFreqncia

Segurana (8) Chave (13)

T Temperatura Transmisso (18)

U Multivarivel (6) Multifuno (12) Multifuno (12) Multifuno (12)

V Vibrao, Anlisemecnica

Vlvula, damper(13)

W Peso, Fora Poo (well)

X No classificado (2)Varivel a definir

Eixo X Noclassificado (2)

No classificado (2) Noclassificado (2)

Y Evento, EstadoFuno a definir

Eixo Y Rel, computao(13, 14, 18)

Z Posio ou Dimenso Eixo Z Elemento final


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2.8

Notas para a Tabela das Letras de Identi ficao1. Uma letra de escolha do usurio tem o objetivo de cobrir significado no listado que necessrio em uma determinada aplicao. Se usada, a letra

pode ter um significado como de primeira letra ou de letras subsequentes. O significado precisa ser definido uma nica vez em uma legenda. Por exemplo,a letra N pode ser definida como mdulo de elasticidadecomo uma primeira letra ou como osciloscpiocomo letra subsequente.

2. A letra X no classificada tem o objetivo de cobrir significado no listado que ser usado somente uma vez ou usado em um significado limitado.Se usada, a letra pode ter qualquer nmero de significados como primeira letra ou como letra subsequente. O significado da letra X deve ser definido dolado de fora do crculo do diagrama. Por exemplo, XR pode ser registrador de consistncia e XX pode ser um osciloscpio de consistncia.

3. A forma gramatical do significado das letras subsequentes pode ser modificado livremente. Por exemplo, I pode significar indicador, ou indicao;T pode significar transmisso ou transmissor.4. Qualquer primeira letra combinada com as letras modificadoras D (diferencial), F (relao), M (momentneo), K (tempo de alterao) e Q

(integrao ou totalizao) representa uma varivel nova e separada e a combinao tratada como uma entidade de primeira letra. Assim, osinstrumentos TDI e TI indicam duas variveis diferentes: diferena de temperatura e temperatura. As letras modificadoras so usadas quando aplicvel.

5. A letra A (anlise) cobre todas as anlises no descritas como uma escolha do usurio. O tipo de anlise deve ser especificado fora do circulo deidentificao. Por exemplo, anlise de pH, anlise de O2. Anlise varivel de processo e no funo de instrumento, como muitos pensam principalmentepor causa do uso inadequado do termo analisador.

6. O uso de U como primeira letra para multivarivel em lugar de uma combinao de outras primeiras letras opcional. recomendvel usar asprimeiras letras especificas em lugar da letra U, que deve ser usada apenas quando o nmero de letras for muito grande. Por exemplo, prefervel usarPR/TR para indicar um registrador de presso e temperatura em vez de UR. Porm, quando se tem um registrador multiponto, com 24 pontos e muitasvariveis diferentes, deve-se usar UR.

7. O uso dos termos modificadores alto (H), baixo (L), mdio (M) e varredura (J) opcional.8. O termo segurana se aplica a elementos primrios e finais de proteo de emergncia. Assim, uma vlvula auto atuada que evita a operao de

um sistema de fluido atingir valores elevados, aliviando o fluido do sistema tem um tag PCV (vlvula controladora de presso). Porm, o tag desta vlvuladeve ser PSV (vlvula de segurana de presso) se ela protege o sistema contra condies de emergncia, ou seja, condies que so perigosas para opessoal ou o equipamento e que so raras de aparecer. A designao PSV se aplica a todas as vlvulas de proteo contra condies de alta presso deemergncia, independente de sua construo, modo de operao, local de montagem, categoria de segurana, vlvula de alvio ou de segurana. Umdisco de ruptura tem o tag PSE (elemento de segurana de presso).

9. A funo passiva G se aplica a instrumentos ou equipamentos que fornecem uma indicao no calibrada, como visor de vidro ou monitor deteleviso. Costuma-se aplicar TG para termmetro e PG para manmetro, o que no previsto por esta norma.

10. A indicao normalmente se aplica a displays analgicos ou digitais de uma medio instantnea. No caso de uma estao manual, a indicaopode ser usada para o dial ou indicador do ajuste.

11. Uma lmpada piloto que parte de uma malha de instrumento deve ser designada por uma primeira letra seguida pela letra subsequente L. Porexemplo, uma lmpada piloto que indica o tempo expirado deve ter o tag KQL (lmpada de totalizao de tempo). A lmpada para indicar o funcionamentode um motor tem o tag EL (lmpada de voltagem), pois a voltagem a varivel medida conveniente para indicar a operao do motor ou YL (lmpada deevento) assumindo que o estado de operao est sendo monitorado. No se deve usar a letra genrica X, como XL

12. O uso da letra U para multifuno, vem vez da combinao de outras letras funcionais opcional. Este designador no especfico deve ser usadoraramente.

13. Um dispositivo que liga, desliga ou transfere um ou mais circuitos pode ser uma chave, um rel, um controlador liga-desliga ou uma vlvula decontrole, dependendo da aplicao. Se o equipamento manipula uma vazo de fluido do processo e no uma vlvula manual de bloqueio liga-desliga, ela projetada como vlvula de controle. incorreto usar o tag CV para qualquer coisa que no seja uma vlvula de controle auto atuada. Para todas asaplicaes que no tenham vazo de fluido de processo, o equipamento projetado como:

a) Chave, se for atuada manualmente.b) Chave ou controlador liga-desliga, se for automtico e for o primeiro dispositivo na malha. O termo chave geralmente usado se o dispositivo

aplicado para alarme, lmpada piloto, seleo, intertravamento ou segurana. O termo controlador usado se o dispositivo aplicado para o controle deoperao normal.

c) Rel, se for automtico e no for o primeiro dispositivo na malha, mas atuado por uma chave ou por um controlador liga-desliga.14. As funes associadas com o uso de letras subsequentes Y devem ser definidas do lado de fora do circulo de identificao. Por exemplo, FY

pode ser o extrator de raiz quadrada na malha de vazo; TY pode ser o conversor corrente para pneumtico em uma malha de controle de temperatura.Quando a funo evidente como para uma vlvula solenide ou um conversor corrente para pneumtico ou pneumtico para corrente a definio podeno ser obrigatria.

15. Os termos modificadores alto, baixo, mdio ou intermedirio correspondem aos valores da varivel medida e no aos valores do sinal. Porexemplo, um alarme de nvel alto proveniente de um transmissor de nvel com ao inversa deve ser LAH, mesmo que fisicamente o alarme seja atuadoquando o sinal atinge um valor mnimo crtico.

16. Os termos alto e baixo quando aplicados a posies de vlvulas e outras dispositivos de abrir e fechar so assim definidos:a) alto significa que a vlvula est totalmente abertab) baixo significa que a vlvula est totalmente fechada

17. O termo registrador se aplica a qualquer forma de armazenar permanentemente a informao que permita a sua recuperao por qualquer modo.

18. Elemento sensor, transdutor, transmissor e conversor so dispositivos com funes diferentes, conforme ISA S37.1.19. A primeira letra V, vibrao ou anlise mecnica, destina-se a executar as tarefas em monitorao de mquinas que a letra A executa em uma

anlise mais geral. Exceto para vibrao, esperado que a varivel de interesse seja definida fora das letras de tag.20. A primeira letra Y se destina ao uso quando as respostas de controle ou monitorao so acionadas por evento e no acionadas pelo tempo. A

letra Y, nesta posio, pode tambm significar presena ou estado.21. A letra modificadora K, em combinao com uma primeira letra como L, T ou W, significa uma variao de taxa de tempo da quantidade medida

ou de inicializao. A varivel WKIC, por exemplo, pode representar um controlador de taxa de perda de peso.22. A letra K como modificador uma opo do usurio para designar uma estao de controle, enquanto a letra C seguinte usada para descrever

controlador automtico ou manual.


27/477


2.9

(a) Representao detalhada

(b) Representao simplificada

Fig. 1.2.1. Representao detalhada de uma malha de controle de presso (a) e a equivalente, simplificada(b).

PIC211

PT211

"

0-300

PIC

211

S.P.

C-#2(PI)PAH

dp/dt AO-21AI-

PY211

AS

AS P

PCV211

FC


28/477


2.10

Fig. 1.2.2. Simbologia total

Fig. 1.2.3. Simbologia de modo simplificado

Fluido dotrocador de

calor

PT2

FT1

PRFR

FY

TV3

RTD

TRC

21

1

3

TAL TSL

3 3

Fluido dotrocador de calor

PR2

FR1

TV3 TRC

3

TAL

4


29/477


2.11

Fig. 1.2.4. Diagrama funcional detalhado tpico de malha de controle

< >

K

I T A I

FE

FT

FR

I/P

ELEMENTO DE VAZO

TRANSMISSOR DE VAZOCAMPO

PAINEL

REGISTRADOR

PAINE

CAMPO

EXTRATOR DE RAIZ QUADRADA

MEDIO

FEEDFORWARD

CONTROLADOR

ESTAO AUTO-MANUAL

TRANSDUTOR I/P

VLVULA COM ATUADOR PNEUMTICO

DIFERENA (ERRO) PONTODEAJUSTE

AO INTEGRALAO PROPORCIONAL

REL TRANSFERNCIA A/M

LIMITADOR AJUSTVEL H e L

SOMADOR

TRANSFERNCI

MANUAL

SADA

MANUAL EMERGNCIA

K


30/477


2.12

Tab. 1.2.6.Elementos do Diagrama Funcional

Transmissor de vazo

Transmissor de nvel

Transmissor de presso

Transmissor de temperatura

Transmissor de anlise

Lmpada de painel

Indicador da varivel X

Registrador da varivel X

Bobina de rel

Chave de transferncia

Rel de transferncia ou trip

Seletor de sinal alto

Seletor de sinal baixo

Conversor analgico/digital

Conversor digital/analgico

Operador motorizado

Operador no especificado

Extrator de raiz quadrada

Multiplicador

Divisor

Polarizao, adio ou subtrao

Comparador, diferena

Adicionador, somador

Tirador de mdia

Integrador

Contato normalmente aberto

Contato normalmente fechado

Gerador de sinal analgico

Gerador de sinal manual

Atuador solenoide

Limitador de sinal alto

Limitador de sinal baixo

Transdutor ar pneumtico para corrente

Vlvula com atuador pneumtico

Ao de controle proporcional

Ao de controle integral

Ao de controle derivativa

5. Malha de controle

A Fig. 1.2.1 (a). ilustra como ossmbolos anteriores so combinados paradescrever uma determinada malha decontrole. H vrios nveis dedetalhamento. esquerda, tem-se amalha com todos os detalhes e direita,a malha simplificada.

FT

LT

PT

AT

TT

XI

XR

T

T

T

>


31/477


2.13

Esta malha de controle e indicao depresso (PIC) controlada por umsistema de controle distribudocompartilhado O ponto de ajuste destecontrolador estabelecido por umcomputador supervisrio atravs de umhighway de dados compartilhados quefornece o elo de programao entre ocomputador e o sistema de controlecompartilhado. O nmero da malha decontrole nico e igual a 211, que podeindicar a 11a malha da rea 200. Todosos componentes da malha possuem estemesmo nmero, ou seja,

1. transmissor PT 2112. transdutor i/p PY 2113. controlador PIC 211

O transmissor PT 211 est ligado aoprocesso atravs de uma vlvula debloqueio de " (13 mm) e sente apresso de 0 a 300 psi e gera na sada osinal padro de corrente eletrnica de 4 a20 mA cc. O sinal de sada dotransmissor recebido e identificado nomultiplexador do sistema compartilhadocomo a entrada analgica #17 (AI- 17). Ocontrolador PIC 211 se encontra noconsole #2 (C-2) do sistemacompartilhado e tem as funes de

controle PI. O sistema compartilhadotambm fornece um sinal de alarme dealta e uma variao de presso de alta(dP/dt) desta medio (PAH). No lado dasada do controlador, o sinal que deixa omultiplexador do sistema identificadacomo a sada analgica (AO-21), queainda o sinal de 20 mA cc que recebido por um transdutor i/p, que oconverte para o sinal pneumtico de 20 a100 kPa (0,2 a 1,0 kgf/cm2 ou 3 a 15psi), que est montado na vlvula de

controle PCV 211. A vlvula em si linear, em falha ela fecha (fail close - FC)e possui um posicionador (P). Otransdutor i/p requer a alimentaopneumtica (AS - air supply), tpica de140 kPa (22 psi).

O diagrama da Fig. 1.2.1 (b) mostrauma malha de controle de presso, digitale compartilhada, PIC.

6. Sistemas completos

A seguir so mostrados outrosexemplos com smbolos de

instrumentao. As Fig. 1.2.2. e Fig. 1.2.3mostram o mesmo sistema de controlecom diferentes graus de detalhamento.Na Fig. 1.2.3 todos os elementos somostrados.

O registro da vazo obtido de1. uma placa de orifcio (elemento de

vazo, FE-1, no mostrado),2. transmissor de vazo, montado no

campo, FT-1,3. extrator de raiz quadrada, montado

atrs do painel do operador4. registrador com duas penas, uma

para a vazo (FR-1) e outra para apresso (PR-2), montado no painelde leitura.

O registro da presso obtido de

1. transmissor de presso, PT-2,montado no campo. A tomada dapresso usa a tomada de alta ou debaixa da placa de orifcio.

Todos os sinais envolvidos sopneumticos, padro de 20 a 100 kPa.

A temperatura da sada do gs medida por um detector de temperatura aresistncia (RTD), montada em um poo,ligado diretamente ao registrador econtrolador de temperatura (TRC-3). Asada eltrica do controlador (4 a 20 mA

cc) modula a abertura de uma vlvulaesfera (TV-3), com atuador a cilindro. Ocontrolador registrador de temperaturatem uma chave de temperatura(termostato TSL-3), que atua um alarmeno painel (TAL-3), com a temperaturabaixa.

A Fig. 1.2.3 usa uma simbologiasimplificada para mostrar que um gs aquecido e sua temperatura controladapor um controlador de painel. O fluido deaquecimento modulado por uma vlvula

de controle e registra a vazo do gs,presso e temperatura de sada e h umalarme que atua com temperatura baixa.


32/477

2.14

Fig. 1.2.5. Instrumentao para um sistema de distilao

Alimentao


33/477


2.15

Fig. 1.2.6. Instrumentao para um sistema de reao


34/477

2.16

A Fig. 1.2.5. mostra a descriosimblica completa de um processo dedistilao.

A vazo de alimentao medida (FE-3,FT-3) e registrada (FR-3), mas nocontrolada A taxa de entrada de calor proporcional taxa de alimentao vezesum ganho de rel (FY-3B), que ajusta oponto de ajuste do controlador de vazo doleo quente (FRC-1).

O produto leve da torre condensado,com a temperatura do condensadocontrolada mantendo-se constante apresso da coluna (PRC-11). A sada doproduto leve tem vazo controlada (FRC-4).O ponto de ajuste do controlador ajustadopor um rel divisor (UY-6), cujas entradas

so a vazo de alimentao, comomodificada pelo rel funo (FY-3A) e asada do controlador de anlise dosprodutos leves (ARC-5). O controlador deanlise recebe a anlise do produto de seutransmissor, que tambm transmite o sinalpara uma chave de anlise dual (alta/baixa),que por sua vez, atua em alarmescorrespondentes.

O nvel do acumulador mantidoconstante (LIC-7) atravs da manipulaoda vazo de refluxo (LV-7), que uma

vlvula com falha aberta (FO). Uma chavede nvel separada atua um alarme de nveldo acumulador em alta e baixa (LSH/L 9).H uma indicao de nvel local atravs devisor (LG 10).So medidas temperaturas em vrios pontos doprocesso e os valores so registrados (6 pontos - TJR8-1 a 8-6) e indicados (3 pontos - TJI 9-1 a 9-3).Alguns dos pontos de registro possuem chaves deacionamento de temperatura baixa e alta (porexemplo, TJSH 8-2, TAH 8-2 e TJSL 9-5 e TAL 8-5),com respectivos alarmes

A Fig. 1.2.6. ilustra o sistema de controlepara um reator qumico. O reagente A alimentado com vazo controlada (FC-1). Asvazes de A e B so controladas com razoconstante, atravs do rel de ganho (FY-1),ajustando o ponto de ajuste do controladorde vazo B (FIC-2). O nvel do reator mantido constante (LIC-3) modulando asada dos produtos pesados (LC-3). Se onvel alto, ele automaticamente fecha asvlvulas de alimentao dos reagentes (FV-1 e FV-2) atravs de vlvulas solenides(UY-7A e UY-7B) e atua um alarme de nvelalto (LSH-3 e LAH-3). Um alarme separado

atuado por nvel baixo do reator (LSL-3 eLAL3). A reao exotrmica e atemperatura controlada (T4) modulando apresso do refrigerante na jaqueta doreator. Isto feito pelo controlador detemperatura do reator ajustando o ponto deajuste do controlador de presso da jaqueta(PRC-5), que controla a presso do vaporgerado pela transferncia de calor para agua de refrigerao. A temperatura doreator, se alta, atua um alarme. Se atemperatura fica muito alta, ela fecha asvlvulas de alimentao A (FV-1) e B (FV-2)e a de presso (PV-5), enquanto abre aalimentao d'gua e as vlvulas de retornoatravs de vlvulas piloto solenides deintertravamento (UY-7A, B, C, D). Estas

vlvulas de alta temperatura podem tambmser atuadas por uma chave manual (HS-6).Um nvel constante do refrigerante mantido na jaqueta modulando aalimentao de gua e o nvel baixo da

jaqueta atua um alarme (LSL-11 e LAL-11).A presso do reator controlada modulandoo venting dos no condensveis formadosna reao enquanto um disco de rupturaprotege o reator contra altas pressesperigosas (PSE-10).

7. Referncias bibliogrficas1. ISA S5.1, Instrumentation Symbols

and Identification, 19842. ISA S5.3, Graphic Symbols for

Distributed Control/Shared DisplayInstrumentation, Logic and ComputerSystems, 1983

3. Mulley, R., Control SystemDocumentation Applying Symbolsand Identification, Research TrianglePark, ISA, 1994.

!

!Apostilas\Autom ao SimbologiaISA.DO C 24 NOV 98 (Substitui 01 SET 96)


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3.1

1.3

Sistemas de Instrumentao

1. Classes de Instrumentos

Os instrumentos de medio e controlede processo podem ser classificados deacordo com a seguinte dialtica:

1. manual ou automtico2. alimentado ou sem alimentao

externa3. pneumtico ou eletrnico4. analgico ou digital5. burro ou inteligente6. montado no campo ou na sala de

controle7. modular ou integral8. dedicado ou compartilhado9. centralizado ou distribudo

2. Manual e Automtico

Com relao interveno humana, amedio instrumento pode ser manual ouautomtica.

A medio mais simples feitamanualmente, com a interferncia direta deum operador. A medio manual geralmente

feita por um instrumento porttil. Exemplosde medio manual: medio de umcomprimento por uma rgua, medio deuma resistncia eltrica atravs de umohmmetro, medio de uma voltagem comum voltmetro. As medies feitasmanualmente geralmente so anotadas pelooperador, para uso posterior.A medio pode ser feita de modo automtico econtinuo, sem interferncia humana direta. Oinstrumento fica ligado diretamente ao processo,sentindo a varivel e indicando continuamente o seu

valor instantneo. Quando o operador quiser saber ovalor medido, ele se aproxima adequadamente do

instrumento e faz a leitura. Tambm neste caso, elepode anotar a leitura feita para uso posterior.Quando se necessita do registro continuo da varivel,

usa-se um registrador, que opera continuamente.Atualmente possvel, num sistema de aquisio dedados, a medio contnua de muitas variveis e aemisso de relatrios de medio atravs deimpressoras de computador.

Fig. 1.3.1. Instrumentos portteis (HP)

3. Alimentao dos

Instrumentos

A energia est associada aosinstrumentos de dois modos: atravs daalimentao e do mtodo de transduo.Qualquer instrumento para funcionarnecessita de uma fonte de energia. Estafonte de energia pode ser externa eexplcita, quando o instrumento alimentado. As duas fontes clssicas dealimentao de instrumentos so aeletrnica e a pneumtica.

Instrumentos eletrnicos so

alimentados por uma fonte externa devoltagem, tpica de 24 V cc. Estaalimentao geralmente feita por um nico


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3.2

par de fios que simultaneamente conduz ainformao e a alimentao. Por questoeconmica e de segurana, raramente seusa um instrumento de medio no campoalimentado com uma bateria integral(colocado no seu interior).

Fig. 1.3.2. Alimentao do transmissor eletrnico

Instrumentos pneumticos soalimentados por uma fonte externa de arcomprimido, tpica de 140 kPa (20 psi).Cada instrumento pneumtico montado nocampo alimentado individualmente atravsde um conjunto filtro-regulador ajustvel oufixo. O filtro elimina, num estgio final, asimpurezas, umidade e leo contaminantesdo ar comprimido. O regulador, ajustvel oufixo, geralmente abaixa a presso mais

elevada de distribuio para o valor tpicode 140 kPa. O sinal padro de transmissopneumtica de 20 a 100 kPa.

Existem ainda instrumentos demontagem local que no necessitam denenhuma alimentao externa para seufuncionamento. Eles so chamados de auto-alimentados. Eles utilizam a prpria energiado processo para seu funcionamento.Exemplos de indicadores e registradoresque no necessitam de alimentao externaso:

1. indicador local de presso, comelemento sensor tipo bourdon C,helicoidal, espiral, helicoidal ou fole.

2. indicador local de temperatura comelemento sensor tipo bimetal.

3. indicador ou registrador local de vazocom elemento sensor de pressodiferencial (diafragma).

Fig. 1.3.3. Manmetro, sem alimentao externa

4. Pneumtico ou Eletrnico

Os instrumentos de medio e controlenecessitam de uma fonte de energia externapara o seu funcionamento adequado.Dependendo da natureza desta fonte deenergia, os instrumentos podem serclassificados em:

1. pneumticos, onde esto includos ospuramente mecnicos.

2. eletrnicos, ou tambm chamados deeltricos.

Ambos os tipos de instrumentos podemexecutar as mesmas funes, apresentandovantagens e desvantagens, quandocomparados. Esta comparao j foiclssica, na dcada de 1970, mas hoje huma predominncia da instrumentaoeletrnica sobre a analgica.

A escolha entre pneumtico ou

eletrnico no apenas a escolha de uminstrumento isolado, mas de todo umsistema de instrumentao de controle doprocesso. A escolha pode depender do tipode processo e das variveis envolvidas.

A escolha do sistema de instrumentaoinflui e implica na definio de outrosequipamentos e sistemas. Ou seja, quandose escolhe uma instrumentao pneumtica,h a necessidade de se ter um compressorde ar de instrumento, de capacidadeadequada quantidade de instrumentos,

com filtros, secadores, estgios de reduoe todo um sistema de interligaes edistribuio atravs de tubos plsticos ou decobre. Quando se escolhe umainstrumentao eletrnica, deve-seconsiderar o sistema de alimentaoeltrica, com eventual opo de reserva debateria para suprir a energia na falta daalimentao alternada principal. Mesmo comtoda a instrumentao eletrnica, deve serconsiderado o uso do compressor de ar deinstrumento, para alimentar, no mnimo, os

transdutores I/P, pois as vlvulas decontrole so atuadas pneumaticamente.


37/477


3.3

4.1. Instrumento pneumtico

O instrumento pneumtico aquele quenecessita, para seu funcionamento, daalimentao de ar comprimido, pressotpica de 120 kPa (20 psig). O sinal padro

de informao pneumtica o de 20 a 100kPa (0,2 a 1,0 kgf/cm2ou 3 a 15 psi).

O dispositivo para gerar o sinal padro o conjunto bico palheta. A distncia entre obico que sopra e a palheta que se move emfuno da varivel medida modula o sinal desada entre 20 e 100 kPa. O dispositivo paradetectar o sinal padro o fole receptor.

Fig. 1.3.4.Transmissor pneumtico (Foxboro)

Mesmo com o uso intensivo e extensivode instrumentos eletrnicos, ainda hoje seusa muito a vlvula de controle com atuadorpneumtico. Por sua simplicidade,confiabilidade e economia, a vlvula decontrole com atuador pneumtico ainda serusada como elemento final de controlepadro por muitos anos.

4.2. Instrumento eletrnico

O instrumento eletrnico alimentado

por energia eltrica, geralmente de 24 V cc.Mesmo quando ele alimentado pela linhaalternada de 120 V ca, seus circuitosinternos a semicondutores necessitam decorrente contnua para sua polarizao eportanto todos os instrumentos possuemuma fonte de alimentao integralizada.

O sinal padro para a transmisso decorrente eletrnica 4 a 20 mA cc. J foiusado o sinal de 10-50 mA cc, porm, porcausa da segurana e compatibilidade comcomputadores digitais, ele desapareceu.

Existe tambm o sinal padro detransmisso de 1 a 5 V cc, porm ele no

adequado para grandes distancias, pois aresistncia parasita da fiao atenua o sinaltransmitido.

A alimentao dos instrumentoseletrnicos de campo feita atravs domesmo par de fios que conduz o sinalpadro de informao. Tais transmissoresso chamados de 2-fios. Pretendeu-sediminuir o sinal padro para faixa menor que4 a 20 mA, para que a alimentao fosse de5 V cc, porm, isso no se realizou.

Fig. 1.3.5. Medidor vortex, eletrnico (Foxboro)

Atualmente, quando se tem todo osistema digital, a transmisso feita

digitalmente. Ainda no h um protocolopadro de transmisso digital e osfabricantes usam os seus protocolosproprietrios, como HART, da Fisher-Rosemount, FOXCOM, da Foxboro. Emoutubro de 1996 dever ser assinado umatentativa de padronizao do Fieldbus.

O instrumento eletrnico pode ser umafonte de energia e por isso ele no seguro, a no ser que sejam tomadoscuidados especiais de fabricao einstalao. Ele deve possuir umaclassificao eltrica especial, compatvelcom a classificao de rea do local ondeele vai operar.

H basicamente dois tipos deinstrumentos eletrnicos: base de correntee base de tenso.


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3.4

Fig. 1.3.6. Instrumentos eletrnicos

As caractersticas dos instrumentos base de corrente so:1. todos os instrumentos devem ser ligados

em serie. Para garantir a integridade dosistema, devem existir dispositivos deproteo que possibilitem a retirada ou

colocao de componentes da malha,sem interrupo ou interferncia defuncionamento. Caso no haja essaproteo, quando um instrumento damalha retirado, ou mesmo se estraga,toda a malha fica desligada.

2. a ligao em serie tambm influi no valormximo da impedncia da malha. Amalha de instrumentos base decorrente, onde todos so ligados emserie, a soma das impedncias deentrada de todos os instrumentos limitada por um valor mximo, que funo geralmente do nvel dealimentao da malha. Desse modo, limitado o nmero de instrumentosligados em serie numa malha. Quandoesse limite ultrapassado, a soluo usar o instrumento repetidor de corrente,tambm chamados, casadores deimpedncia.

3. as impedncias de entrada dosinstrumentos so baixas (dezenas a

centenas de ohms) e portanto ascorrentes circulares so relativamenteelevadas (mA). Isso eqivale a dizer queo consumo de energia elevado e hgrande dissipao de calor.

As caractersticas dos instrumentos basede tenso so:1. todos os instrumentos so ligados em

paralelo. Os diagramas de ligao, comoconseqncia, so mais simples, poispodem ser unifilares.

2. os componentes apresentam alta

impedncia de entrada, de modo que aretirada, colocao ou defeito dos

instrumentos do sistema no interferemno seu funcionamento normal.

3. como os instrumentos possuemaltssimas impedncias de entrada (M)as correntes circulantes so baixssimas

(A ou pA). O nvel de energia dissipada baixo e o calor dissipado desprezvel.Como recomendao: utiliza-se instrumento base de corrente para a transmisso desinais, pois no h problemas de atenuaocom as distancias envolvidas e utiliza-se osistema com instrumentos base de tensopara a manipulao local dos sinais, dentrodo painel, para usufruir das vantagens debaixo consumo, baixa dissipao de calor,facilidade de ligaes, flexibilidade deconexes.

5. Analgico ou Digital

O conceito de analgico e digital serefere a

1. sinal2. tecnologia3. display4. funo matemtica.

5.1. Sinal

Sinal uma indicao visual, audvel oude outra forma que contem informao.Sinal analgico aquele que vria de

modo continuo, suave, sem saltos emdegrau. O parmetro fundamental do sinalanalgico sua amplitude. Medir um sinalanalgico determinar o valor de suaamplitude. So exemplos de sinal analgico:1. Sinal padro pneumtico de 20-100

kPa, onde o 20 kPa corresponde a 0% e100 kPa a 100%.

2. Sinal padro eletrnico de 4-20 mA

cc, onde o 4 mA cc corresponde a 0% e20 mA a 100%.3. As variveis de processo so

analgicas. Uma temperatura podevariar de 20 a 50 oC, assumindo todosos infinitos valores intermedirios. Umapresso de processo pode variar de 20 a100 kPa, de modo contnuo.Sinal binrio ou discreto aquele que s

pode assumir valores descontnuos. O sinaldigital constitudo de pulsos ou de bits.Pulsos s podem ser contados; bits podem

ser manipulados.


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3.5

A sada de pulsos da turbina medidorade vazo, onde cada pulso escalonadapode corresponder, por exemplo, a 1litro/segundo de vazo um sinal binrio.

Um sinal digital de 8 bits pode ser10011101.

5.2. Display

O displayou readout a apresentaovisual dos dados. Ele pode ser analgico oudigital.

Display analgico aquele constitudo,geralmente, de uma escala fixa e umponteiro mvel (pode haver escala mvel eponteiro fixo). O ponteiro se movecontinuamente sobre a escala graduada,possibilitando a leitura do valor medido.

Display digital aquele constitudo pornmeros ou dgitos. Os nmeros variam demodo discreto, descontinuo, possibilitando aleitura do valor medido.O fator mais importante favorecendo oinstrumento digital, quando comparado como analgico, a facilidade de leitura.Quando o operador l um instrumentoanalgico, ele deve se posicionarcorretamente, fazer interpolao, usarespelho da escala, ou seja, ter um bomolho. A leitura analgica suscetvel a erro,subjetiva e demorada.

(a)

(b)Fig. 1.3.7. Display (a) analgico e (b) digital

5.3. Tecnolog ia

A tecnologia eletrnica pode seranalgica ou digital.

A base dos circuitos analgicos oamplificador operacional, que manipula ecomputada variveis analgicas (corrente e

voltagem). Os componentes passivos(resistncia, capacitor e indutor) servem

para polarizar os circuitos. Os componentesativos (transistores, amplificadoresoperacionais) operam na regio deamplificao linear.

Instrumento digital usa circuitos etcnicas lgicas para fazer a medio oupara processar os dados. Basicamente, uminstrumento digital pode ser visto como umarranjo de portas lgicas que mudam osestados em velocidades muito elevadaspara fazer a medio. A base dos circuitosdigitais so os circuitos integrados digitais,constitudos de portas lgicas (AND, OR,NAND, NOR, NOT), multivibradores (flip-flop), contadores e temporizadores.Atualmente, todos estes circuitos e lgicasesto integradas no microprocessador. Os

circuitos digitais podem tambm executar astarefas analgicas de amplificar e filtrar.Necessariamente, eles devem ter umestgio de converso analgico-digital eeventualmente, de digital-analgico.

Fig. 1.3.8. Totalizao (digital) por meio analgico

5.4. Funo Matemtica

H funes ou tarefas que sotipicamente analgicas, como registro econtrole de processo. S possvel registrarum sinal analgico. Por exemplo, quando se

quer registrar a vazo, tendo-se uma turbinamedidora com sada de pulsos, deve-seconverter o sinal de pulsos em analgico. Ocontrole tambm uma funo analgica. Oseu algoritmo fundamental, PID, matematicamente analgico e continuo. Ocontrole liga-desliga um caso particular,com uma sada discreta (digital). Umcontrolador digital envolve uma tecnologiadigital para executar a funo analgica decontrole.

Funes tipicamente digitais so alarme,

contagem de eventos e totalizao devazo. Quando se totalizam pulsos


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3.6

escalonados de medio de vazo, bastacont-los. Quando se totaliza um sinalanalgico proporcional vazo, necessrio converter o sinal para digital edepois contar os pulsos correspondentes.

Um exemplo relacionando todos estesconceitos a medio do tempo pelorelgio. O tempo uma grandeza analgica.O tempo pode ser medido por um relgiomecnico, com tecnologia analgica emostrador analgico. Tem-se engrenagens,molas, pinos acionando um ponteiro quepercorre uma escala circular graduada. Oponteiro se move continuamente. Estemesmo tempo pode ser medido por umrelgio eletrnico, com tecnologia digitalmas com mostrador analgico. A tecnologia

do relgio digital pois tem ummicroprocessador e um cristal oscilante. Aindicao analgica, pois constituda deescala e ponteiro. Porem, o ponteiro semove com pequenos saltos, mostrando queest sendo acionado por pulsos.Finalmente, o tempo pode ser indicado porum relgio digital. A tecnologia do relgio digital e o indicador tambm digital. Odisplay so nmeros que variamdiscretamente. Resumindo: a varivelanalgica tempo pode ser indicada atravs

de relgio analgico (mecnico) ou digital(eletrnico) com display analgico (escala eponteiro) ou digital (nmeros).

5.5. Comparao Analgica VersusDigital

Deve-se diferenciar um instrumentodigital e um instrumento com display digital.Instrumento digital aquele em que ocircuito necessrio para obter a medio de projeto digital. Um instrumento com

display digital aquele que o circuito demedio de projeto analgico e somente aindicao de projeto digital.

Um instrumento analgico com leituradigital geralmente no mais preciso que omesmo instrumento analgico com leituraanalgica.

A principal vantagem do display digital a convenincia de leitura, quando no setem a preocupao de cometer erro deparalaxe, quando se posiciona erradamenteem relao ao instrumento de leitura. Os

psiclogos garantem que se cansa menosquando se fazem mltiplas leituras digitais.

Porm, a leitura de instrumentoanalgico de mais rpida e fcilinterpretao, principalmente quando se temcomparaes entre duas medies. Porisso, mesmo a instrumentao eletrnicasofisticada com tecnologia digital possuimedidores que simulam indicaesanalgicas. Por exemplo, o controladorsingle loop possui indicaes da medio edo ponto de ajuste feitas atravs de grficode barras. Os relgios digitais foram muitopopulares na dcada de 80, porque eleseram novidade e mais baratos. Atualmente,h o reaparecimento de relgios comdisplay analgico, com ponteiros e escala,porque sua leitura mais rpida e fcil, poisse sabe o significado de certas posies dos

ponteiros das horas e dos minutos.A preciso uma segunda vantagem doinstrumento digital sobre o analgico.Embora a preciso dependa da qualidade edo projeto do instrumento, em geral, oinstrumento digital mais preciso que oanalgico de mesmo custo. Tipicamente, apreciso do digital de 0,1% e do analgico de 1%.

A exatido de qualquer instrumento estrelacionada com a calibrao. Como apreciso de um instrumento digital depende

da percentagem do valor medido e de maisou menos alguns dgitos menossignificativos (erro de quantizao), oinstrumento digital requer calibraes maisfreqentes que o instrumento analgico,cuja preciso depende apenas dapercentagem do fundo de escala.Os instrumentos digitais fornecem melhorresoluo que os analgicos. A maiorresoluo dos instrumentos digitais reduz onmero de faixas necessrias para cobrir afaixa de medio.

Fig. 1.3.9. Instrumentos inteligentes (Foxboro)


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3.7

6. Burro ou inteligente

Os instrumentos convencionais de leituraapresentam os resultados para o operador,que deve interpret-los. Esta interpretaoenvolve o uso da unidade de engenhariaapropriada, linearizao, algumacomputao matemtica e a concluso final.Obviamente, para isso se requer umoperador esperto ou inteligente.

Com o uso intensivo e extensivo domicroprocessador na instrumentao,tornou-se possvel passar para oinstrumento esta capacidade humana decomputao matemtica e interpretao deresultados. Em 1983 apareceu o primeirotransmissor microprocessado, lanado pela

Honeywell e foi chamado de inteligente.Este outro de muitos exemplos de nomesescolhidos estupidamente para instrumentosde processo. No h nada particularmenteinteligente nos medidores inteligentes.Porm, eles possuem caractersticas acimae alm das de seus predecessores e estascapacidades devem ser entendidas. Comoestes instrumentos foram chamados deinteligentes, por contraposio, os jexistentes so considerados burros (dumb).

Atualmente, h o sabido (smart) e o

inteligente (intelligent), onde o inteligentetem maiores recursos que o sabido, emboraambos sejam microprocessados.Atualmente, quando se fala indistintamenteque um instrumento inteligente quer sereferir a um instrumento a base demicroprocessador, com a capacidadeinerente de computao matemtica, lgica,seqencial, intertravamento.

A capacidade adicional tornou-sepossvel pelo desenvolvimento damicroprocessador e a incluso deste

componente admirvel nos instrumentos demedio. Isto significa que um transmissorinteligente possui um pequeno computadorem seu interior que geralmente lhe d ahabilidade de fazer duas coisas:

1. modificar sua sada para compensaros efeitos de erros

2. ser interrogado pelo instrumentoreceptor da malha.

As capacidades peculiares dosinstrumentos inteligentes so:1. habilidade de transmitir medies do

processo, usando um sinal digital que inerentemente um mtodo mais preciso

do que o sinal analgico. O principalobstculo a falta de padronizao destesinal digital e seu respectivo protocolo.Algum dia isto ser resolvido.

2. Todos os instrumentos de medioindustriais contem componentes comofoles, diafragmas e elos que exibemcomportamento no linear ou cujocomportamento pode ser alterado porvariaes de temperatura, umidade,presso, vibrao, alimentao ou outrosefeitos externos. Em outros casos, osefeitos no lineares aparecem por causados princpios de medio, como amedio de vazo com placa de orifcio.A estratgia, at hoje, era usar outrosinstrumentos para compensar estes

efeitos.Como os instrumentos inteligentespossuem uma grande capacidadecomputacional, estas compensaes,correes e linearizaes so maisfacilmente conseguidas atravs decircuitos embutidos no microprocessador.

3. Alm de transmitir a informao, otransmissor inteligente pode tambmouvir. Um benefcio prtico disto emverificao de pr partida. Da sala decontrole, o instrumentista pode perguntar

ao transmissor que est no campo qual o seu nmero de identificao.4. Um transmissor inteligente pode ter sua

faixa de calibrao facilmente alteradaatravs de comandos de reprogramaoem vez de ter ajustes mecnicos locais.Na medio de vazo com placa deorifcio, as verificaes de zero doinstrumento requerem a abertura efechamento das vlvulas do distribuidorno transmissor.

Fig. 1.3.10. rea externa


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3.8

7. Campo ou sala de controle

Os primeiros instrumentos de medio econtrole, desenvolvidos at a dcada de1940, eram de montagem local ou nocampo, prximos ao processo. Apenas como advento do transmissor, pneumtico oueletrnico, que possibilitou o envio dasinformaes at distancias de centenas demetros (pneumtico) ou alguns kilmetros(eletrnico), tornou-se possvel a opo dese montar os indicadores, registradores econtroladores em painis centralizados elocalizados em salas de controle.

Outro fato que concorreu para o uso depainis centralizados em salas de controlefoi a complexidade crescente dos

processos, que requer a leitura e amonitorizao simultnea de muitasvariveis simultneas.

Com o uso cada vez mais intensivo dainstrumentao eletrnica, at com tcnicasdigitais de controle distribudo, a tendncia a de se usar instrumentos centralizados emsalas de controle, distribudas em toda aextenso da planta.

7.1. Instrumento de campo

H instrumentos, que pela sua prpriafuno desempenhada, s podem sermontados no campo, prximos ou emcontato direto com o processo. Os sensores(parte dos instrumentos) e as vlvulas decontrole so necessariamente montados nocampo. Na maioria dos casos mas nemsempre, o transmissor montado no campo.Em uma minoria dos casos, por questo desegurana ou de integridade, o transmissor montado no painel cego da sala decontrole. Os outros instrumentos, tais como

indicadores, registradores, controladores,totalizadores, transdutores e conversorespodem ser montados tanto no campo comono painel da sala de controle.

Embora funcionalmente os instrumentossejam os mesmos, suas caractersticasexternas, relacionadas com robustez,segurana, funcionamento so diferentes. Ecomo conseqncia, tambm os custos sodiferentes.

Fig. 1.3.11. Instrumentos em rea industrial

De um modo simplista, um instrumentoespecificado e construdo para ser montadono campo mais robusto, mais resistente corroso e maior do que o seucorrespondente montado no painel da sala

de controle. A sua pintura e o seuacabamento so normalmente especiais eespecficos para cada atmosfera.Atualmente, se aplicam cada vez maismateriais plsticos (p. ex., epoxy) e fibra devidro, que so altamente resistente e nosofrem corroso nem ferrugem.

A montagem padro dos instrumentosde campo em tubo de 2" (50 mm) dedimetro. Os instrumentos de medio ouregistro de vazo, que utilizam o diafragmade presso diferencial (cmara Barton) somontados em pedestal (yoke), que levemente diferente da montagem em tubode 2". Na montagem em tubo, o instrumento preso lateralmente ao tubo, atravs deuma braadeira. Na montagem em pedestal,o instrumento colocado sobre o tubo, poisno h espao lateral para ser fixado.

Os instrumentos de campo queapresenta portas, geralmente so trancadoscom chave, de modo que apenas aspessoas categorizadas lhe tenham acesso

ao interior.As portas e janelas de vidro,normalmente, so anti estilhao, ou seja,quando se quebram no produzemestilhaos, que seriam perigosos aosoperadores.

Quando no h restries de segurana,por causa da presena de gases inflamveisno meio circundante, os instrumentos soiluminados internamente. As luzes soacesas manualmente pelo operador ou peloinstrumento de manuteno, facilitando a

operao noturna.


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3.9

Os instrumentos de campo devem sermontados em lugares de fcil acesso, parapossibilitar abertura, troca de grficos,calibrao e manuteno.

Fig. 1.3.12. Instrumentos montados no campo

Os instrumentos de campo sochamados tambm de "caixa grande". Sotipicamente de formato retangular. Osregistradores tem o formato retangular,porm, seus grficos so circulares, comdimetro de 12".

7.2. Instrumentos montados na salade controle

Com a complexidade dos processosindustriais, apareceu a necessidade demaior nmero de instrumentos para amanipulao dos sinais de informao. Paraque os painis no se tornassemproibitivamente grandes, o que implicariaem maiores custos e maiores dificuldadespara os operadores, os fabricantes foramforcados a diminuir os tamanhos dosinstrumentos. Esta miniaturizao dosinstrumentos foi auxiliada pelo advento daeletrnica e pelo uso de circuitos impressos

pneumticos.As caractersticas comuns aos

instrumentos montados em painel so:1. Os instrumentos so montados em

estantes padronizadas, atravs de cabosde engate rpido. Esta filosofia, validapara os instrumentos pneumticos eeletrnicos, torna fcil a substituio amanuteno dos instrumentos.

(a) Instrumentos soltos

(b) Instrumentos montados nas estantesFig.4.13. Instrumentos em painel de leitura (Foxboro)

2. Os instrumentos de painel so maispadronizados, pois manipulam sinaispadronizados provenientes dostransmissores de campo. A maioriados instrumentos de painel recebe osinal de transmissores do campo, por

questo de padronizao, desegurana e de tcnica. No seriaseguro nem praticvel trazer, porexemplo, um sinal de presso de 100kg/cm2do campo para o paineldiretamente. Como conseqncia,usa-se um transmissor, eletrnico oupneumtico, de presso para trazeressa informao para a sala decontrole. E o sinal recebido peloinstrumento de painel um sinalpadro, de 4 a

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Instrumentacao Marco Antonio Ribeiro Sublinhada