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Documentação de Instrumentação

Aplicação de Símbolos e Identificação

2a edição

Marco Antônio Ribeiro

VYE B

VXE A

VXT A

VYT B

VI 4

VZT A

VZE A

VI 5

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Documentação de Instrumentação

Aplicação de Símbolos e Identificação

2a edição

Marco Antônio Ribeiro Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se

claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão ou então, que tem razão para evitar falar claramente (Rosa Luxemburg)

© 1998, 2003, Tek Treinamento & Consultoria Ltda. Salvador, BA

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Dedicado a Andréa Conceição, quem muito me ensina

Instrumentação, de modo simples e direto

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Prefácio

A Instrumentação é um assunto que interessa e é tratada por pessoas com interesses e formações técnicas muito diferentes. O especialista de instrumentação é chamado indistintamente de Engenheiro de Sistema de Controle, Engenheiro de Instrumentação e Controle, Engenheiro de Instrumento e mais recentemente, Engenheiro de Automação.

Não apenas o engenheiro e técnico de instrumentação estão interessados neste assunto, mas também projetistas, operadores, pessoal de compra, almoxarife e especialista em informática. Quando todas estas pessoas querem ou precisam se comunicar entre si para discutir instrumentação e controle é necessário haver um meio de comunicação que seja entendido por todos. No exercício de suas várias e variadas funções eles utilizam símbolos e códigos de identificação como meio de comunicação. Para haver um entendimento completo, sem ambigüidade, lacunas e discordâncias, todos devem usar as mesmas ferramentas gráficas, que embora simplificadas consigam conceituar as idéias iniciais de engenharia. Estas ferramentas são essenciais ao processo criativo, ao desenvolvimento lógico dos conceitos de medição, controle e automação e para a comunicação destes conceitos entre todos os envolvidos.

O objetivo deste trabalho é o de apresentar o simbolismo e a identificação da instrumentação e dos equipamentos associados e especialistas e leigos do assunto. Espera-se que seja usado para ajudar qualquer pessoa interessada a encontrar as ferramentas necessárias para a execução de seu trabalho relacionado com a instrumentação.

Este livro é o resultado de um curso ministrado pelo autor na Petrobrás, Fafen-BA.

Sugestões e críticas destrutivas são benvidas, no endereço: Rua Carmem Miranda 52, A 903, CEP 41820-230, Fone (071) 359-3195 e Fax (071) 359-3058 e no e-mail: [email protected]

Marco Antônio Ribeiro Salvador, Verão 2003

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Autor

Marco Antônio Ribeiro se formou no ITA, em 1969, em

Engenharia de Eletrônica blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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Durante quase 14 anos foi Gerente Regional da Foxboro, em Salvador, BA, período da implantação do polo petroquímico de Camaçari blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá.

Fez vários cursos no exterior e possui dezenas de artigos publicados nas áreas de Instrumentação, Controle de Processo, Automação, Segurança, Vazão e Metrologia e Incerteza na Medição blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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Desde 1987, é diretor da Tek Treinamento & Consultoria Ltda. blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá, blablablá,

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blablablá, firma que presta serviços nas áreas de Instrumentação e Controle de Processo.

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Documentação de Instrumentação

1. Ferramentas de Comunicação 2. Elementos do Simbolismo 3. Elementos da Identificação 4. Diagrama de Fluxo de Processo 5. Diagrama de Fluxo de Engenharia 6. Simbologia de Controle Multivariável 7. Simbolismo Lógico 8. Diagramas de Malha 9. Diagramas de Fiação 10. Diagrama Ladder 11. Detalhes de Instalação 12. Folhas de Especificação de Instrumentos

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1

Ferramentas de Comunicação

Introdução Este capítulo mostra as bases prática e

filosófica para o simbolismo e para os métodos de identificação. Nenhum exemplo gráfico é dado – deliberadamente. O entendimento completo, por necessidade, precede a aplicação racional.

Símbolos e Identificação Na engenharia de controle de processo,

símbolos e identificadores são usados como representações gráficas de conceitos, idéias acerca de coisas (equipamentos) ou funções (ações executadas pelos equipamentos). Os símbolos e identificadores são usados com dois objetivos:

1. conceituar o processo 2. comunicar a informação Além de serem ferramentas de

comunicação direta, os símbolos e identificadores ajudam na conceituação e registro da informação acerca dos sistemas de instrumentos.

Audiência Estas ferramentas de comunicação são

de interesse de uma grande variedade de pessoas tecnicamente orientadas, tais como

1. Engenheiros de processo 2. Engenheiros e projetistas de

sistemas de controle 3. Engenheiros mecânicos, eletricistas

e de tubulação 4. Pessoal de inspeção de

equipamento 5. Compradores 6. Vendedores 7. Fabricantes de equipamentos

8. Pessoal do almoxarifado 9. Instaladores 10. Engenheiros e técnicos de

montagem 11. Pessoal de manutenção 12. Engenheiros de segurança 13. Programadores de computador 14. Pessoal de calibração e teste O usuário final para quem se quer

colocar as representações gráficas de conceitos deve ser claramente definido, para que a comunicação tenha sucesso. Conceitos, não imagens, são o assunto do processo de comunicação. Conceitos, não imagens, são a base para as normas bem sucedidas (bem aceitas). A simplicidade ajuda.

É necessário saber o que se quer comunicar e para quem. A escolha do documento, o grau de detalhe, o simbolismo e a identificação padrão a ser usada devem ser claramente definidos.

Simbolismo, identificação e documentação

Símbolos e identificadores podem representar tanto um equipamento como as funções de um equipamento. O grau de detalhes usado para representar o equipamento e suas funções depende do objetivo do comunicador e das necessidades da audiência pretendida.

Como os símbolos e identificadores são ferramentas gráficas, sempre serão encontrados em uma superfície que é capaz de suportar uma imagem gráfica. Esta superfície por ser papel, madeira, plástico. Atualmente, é cada vez mais freqüente a mídia eletrônica, por exemplo, em monitores de vídeo. Em um sentido amplo, todos estes meios podem ser

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Ferramentas de Comunicação

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considerados como documentos, desde que todos são usados para expressar informação.

Continuidade de conceito Em projeto e em engenharia é comum

proceder do geral para o especifico: um conceito geral, esquemas, diagramas mais detalhados, especificações narrativas, folhas de dados individuais. Deve haver uma continuidade de conceito através de todos os vários estágios do processo de projeto.

Esta continuidade é evidente em graus de detalhe: o mesmo conceito, o mesmo equipamento, a mesma função, mas em níveis diferentes de detalhes e enfoques. Estes diferentes níveis de detalhe são geralmente representados por diferentes documentos: Diagrama de Fluxo de Processo, Diagrama de Fluxo de Engenharia, diagramas de tubulação e instrumentos, diagramas de malhas, folhas de especificação de instrumento, detalhes de instalação. Quando se vai de documento para outro não se deve alterar o símbolo do mesmo conceito radicalmente, pois isso provoca mal entendidos e atrapalha a comunicação.

Por exemplo, alterar um símbolo circular para um símbolo quadrado para o mesmo equipamento ou função em dois documentos com enfoques diferentes é uma transição abrupta que deve ser evitada.

A escolha da documentação acompanha e pode variar muito, desde esquemas conceituais simples até diagramas de sistemas com detalhes minuciosos (número de terminais de uma borneira, por exemplo). Quando se move de um tipo de documento para outro, nesta escada de detalhes, implica em pequena modificação de símbolos e identificadores usados e não uma mudança radical deles.

Linguagem comum As fontes dos símbolos e dos métodos

de identificação aplicados são usualmente alguma forma de normas: da companhia, institucional, nacional ou internacional. Desde que o principal uso de símbolos e identificadores é para a comunicação com outros, são necessárias normas comuns.

As normas ISA, em geral, são as mais usadas, conhecidas e por isso são a principal fonte de métodos de simbolismo e identificação.

As principais normas sobre símbolos e identificação são as seguintes:

1. ANSI/ISA S5.1 (1984, R1992), Instrumentation Symbols and Identification.

2. ANSI/ISA S5.2 (1976, R1992), Bynary Logic Diagrams for Process Operations

3. ANSI/ISA S5.3 (1983), Graphic Symbols for Distributed Control-Shared display Instrumentation, Logic, and Computer Systems

4. ANSI/ISA S5.4 (1991), Instrument Loop Diagrams

5. ANSI/ISA S5.5 (1986), Graphic Symbols for Process Displays

Instrumentos e Equipamentos Este trabalho é dirigido para a aplicação

de símbolos e identificação de instrumentos. Porém, o instrumentista não pode desempenhar sua função isolada do processo e do equipamento associado com a instrumentação de medição e controle e este fato justifica e explica a inclusão de símbolos e identificadores de outros equipamentos. Assim, por questão de completude, serão incluídos símbolos de equipamentos de processo (reatores, trocadores de calor), tubulações, equipamentos elétricos (motores, geradores) e mecânicos (compressores, bombas).

Símbolos, Identificadores e Palavras Além dos símbolos e identificadores,

devem ser usadas poucas e escolhidas palavras. Os símbolos e seus identificadores associados fornecem a categoria geral a qual o equipamento pertence e as palavras fornecem o qualificador que especifica o equipamento. Ou seja, a combinação de um símbolo, um identificador e uma ou duas palavras criteriosamente escolhidas pode comunicar um conceito de modo mais claro e explícito do que apenas símbolos, identificadores ou palavras isoladas.

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2

Elementos do Simbolismo

Blocos constituintes

A instrumentação do processo não existe sem um processo para medir ou controlar. Muitos instrumentistas se preocupam tanto com os instrumentos que esquecem o fato básico que o importante é a operação do processo. A aplicação da instrumentação na medição e controle do processo é o importante, sendo secundário o trabalho interno dos instrumentos. A escolha dos símbolos e identificadores se torna mais fácil com esta consideração.

A aplicação de instrumentação em medição e controle de processo deve ser o ponto focal da representação simbólica de sistemas de medição e controle. A tecnologia envolvida é secundária.

Simbolização é um processo de abstração em que as características salientes de um equipamento ou de uma função são retratadas por alguma construção geométrica simples. Este processo de abstração tem sido difícil para o entendimento de muitas pessoas, desde que as funções, até recentemente, tem sido usualmente associadas com equipamentos específicos. O controle por computador e o controle compartilhado forçam uma aceitação mais fácil do uso de símbolos para funções que não são facilmente identificadas com uma única peça de equipamento. Há porém, geralmente uma necessidade de pensar em termos de equipamento e descrever este equipamento mais especificamente.

Na escolha dos símbolos para representar idéias, é sensato lembrar que a pessoa que recebe a comunicação deve

entender os símbolos e não deve ficar confusa ou irritada com eles, pois neste caso a transferência de comunicação é impedida. As normas internacionais da ISA são uma boa fonte de simbolismo desde que elas satisfizeram o teste do consenso, ou seja, elas têm sido usadas com grande concordância por um grande número de usuários com enfoques diferentes. Os símbolos e identificação usados nas normas devem passar pelo teste do consenso. Se o usuário não gosta de um determinado símbolo, antes de inventar um novo, deve se parar para perguntar se este símbolo antipático é aceito geralmente como uma ferramenta de comunicação. Se for, ele deve mudar sua atitude em relação ao símbolo e usá-lo; com o tempo ele se acostumará e passará a aceitar o símbolo.

Fig. 2.1. Governador da máquina de vapor

Fig. 2.2. Válvula de alívio de pressão

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Elementos do Simbolismo

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Fig. 2.3. Instrumento montado no painel de leitura

Fig. 2.4. Transmissor eletrônico de vazão

Fig. 2.5. Linha de sinal eletrônico, 4 a 20 mA cc

Fig. 2.6. Válvula de controle, tipo borboleta

Fig. 2.7. Controlador indicador de vazão, eletrônico, dedicado, montado no painel de leitura

Fig. 2.8. Controlador indicador de vazão, eletrônico, compartilhado, montado no painel de leitura

Fig. 2.9. Válvula de controle com atuador pneumático

Fig. 2.10. Elemento final SAMA (em desuso)

Figuras geométricas

Desenhos com linhas com formatos geométricos simples representam funções, equipamentos e sistemas. Certas figuras geométricas representam certos conceitos em determinados tipos de desenhos.

Círculos Círculos podem ser usados para

representar um instrumento (ou função) ou como uma bandeirola. Como símbolo de instrumento, ele representa o conceito de um equipamento ou função. Como bandeirola, ele fornece informação acerca de outro símbolo que representa um equipamento ou função. Assim, usa-se um circulo como bandeirola ao lado de uma válvula de controle.

Fig. 2.11. Circulo como instrumento ou função Fig. 2.12. Circulo como bandeirola

FT

FIC 1

FIC 1

f(x)

PI 1

FV2

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Elementos do Simbolismo

11

Fig. 2.13. Bandeirola e instrumento

Fig. 2.14. Instrumento geral

Fig. 2.15. Instrumento em painel de leitura

Fig. 2.16. Instrumento em painel cego ou atrás do painel de leitura

Fig. 2.17. Instrumento em painel de leitura, auxiliar

Fig. 2.18. Instrumento atrás de painel de leitura auxiliar

Fig. 2.19. Designadores de locais de montagem: P – Painel C – Console R – Rack (armário cego)

Pequenos quadrados Pequenos quadrados são usados para

simbolizar funções (ou instrumentos) ou como designadores de função (uma forma de bandeirola). Linhas são usadas para representar fluxo de sinal. Alguns graus de flexibilidade no nível de detalhes podem ser escolhidos para mostrar conceitos e por isso é uma boa idéia usar uma legenda para definir as intenções do projetista.

PI 1

FT 3

FE 3

PI 1

FI 3

FY 4

TIC1

WIC 1

SIC1

P1 P2 P3

TIC2

WIC 2

SIC2

C1 C2 C3

TY 1

TY 2

WY2

R1 R1 R2

FY3

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Elementos do Simbolismo

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Fig. 2.20. Instrumento em painel de leitura Fig. 2.21. Atuador de pistão, ação simples Fig. 2.22. Atuador de pistão, ação dupla Fig. 2.23. Atuador eletropneumático Fig. 2.24. Atuador não classificado

Fig. 2.25. Válvula com posicionador Fig. 2.26. Somador (sigma) original Fig. 2.27. Somador (sigma) dentro de uma caixa

Fig. 2.28. Somador (sigma) como símbolo de função

Fig. 2.29. Símbolo da função controle compartilhado

S

E P

X

FY 5

Σ

FY 5

Σ

Σ

FIC 2

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Elementos do Simbolismo

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Fig. 2.30. Medidor de vazão intrusivo

Fig. 2.31. Purgador (válvula controladora de nível)

Grandes quadrados Com o advento do controle e display

compartilhado, apareceu também a necessidade de se diferenciar o instrumento discreto convencional (dedicado) das funções de controle e display compartilhadas que fazem o mesmo trabalho mas que não facilmente percebidas como pertencentes a um mesmo invólucro. A solução foi desenhar um quadrado externo ao circulo que representava o instrumento (Fig. 2.32).

O circulo simbolizando o instrumento permanece. Muitos quiseram aboli-lo, mas outros acham mais confortável manter o círculo dentro do quadrado.

Fig. 2.32. Símbolo controle e display compartilhados

Fig. 2.33. Bloco de função

Fig. 2.34. Designador de função A combinação de grandes quadrados

(simbolizando funções compartilhadas) com pequenos quadrados (representando funções de condicionamento de sinais) é possível e realizada de diferentes modos. Pode-se colocar os dois blocos colados (Fig. 2.33) ou tangenciando em apenas um ponto (Fig. 2.34).

Triângulos e suas combinações Combinações de triângulos são usadas

nos símbolos de corpos de válvulas. O símbolo geral para qualquer tipo de corpo de válvula é a gravata borboleta formada por dois triângulos isósceles, com as duas pontas se tocando.

Os símbolos de válvula angular (Fig. 2.36), válvula de três vias (Fig. 2.37) e de quatro vias (Fig. 2.38) utilizam triângulos. O triângulo também aparece na representação do disco de ruptura (Fig. 2.39). O triângulo dentro de um quadrado representa medidor de vazão de área variável (Fig. 2.40).

Fig. 2.35. Símbolo de válvula com atuador pneumático

Fig. 2.36. Símbolo de válvula angular

FE 9

LCV 2

T

PIC 2

FIC 2

FIC 2

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Elementos do Simbolismo

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Fig. 2.37. Símbolo de válvula de três vias Fig. 2.38. Símbolo de válvula de quatro vias Fig. 2.39. Disco de ruptura Fig. 2.40. Medidor de vazão de área variável

Losangos Losangos são usados para representar

conexões em painéis (Fig. 2.41), purgas de instrumentos (Fig. 2.42), funções de reset (Fig. 2.43), símbolos genéricos de intertra-vamento (Fig. 2.44), portas lógicas simples em outros desenhos lógicos mais complexos (Fig. 2.45 e 2.46).

Fig. 2.41. Conexão de borneira de painel Fig. 2.42. Purga Fig. 2.43. Função reset (rearme) Fig. 2.44. Intertravamento genérico Fig. 2.45. Fig. Porta AND em diagrama de fluxo Fig. 2.46. Fig. Porta OR em diagrama de fluxo

FI 2

C 12

P

R

I

AND

OR

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Elementos do Simbolismo

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Retângulos Retângulos com outras linhas internas

representam retificadores (tranquilizadores) de vazão (linhas horizontais retas, Fig. 2.47), selos químicos em diafragma (linhas onduladas, Fig. 2.48) ou alguma função genérica (linhas substituídas por palavras, Fig. 2.49).

Fig. 2.47. Retificador ou tranquilizador de vazão Fig. 2.48. Selo diafragma (químico) Fig. 2.49. Função genérica

Semicírculo ou curvas O uso mais comum do semicírculo é

para representar o atuador pneumático com diafragma (similar a um guarda chuva, Fig. 2.50). Dois semicírculos justapostos representam um atuador com dupla ação (Fig. 2.51).

Fig. 2.50. Semicírculo como atuador pneumático

Fig. 2.51. Atuador diafragma com dupla ação

Linhas

Linhas são usadas para representar sinais. É importante perceber a diferença entre sinais (informação) e fios. Os fios se tornam importantes somente quando é necessário saber como ligá-los. Até este ponto, o sinal é usualmente mais importante.

Se há muitas linhas de instrumentação e poucas linhas de processo, uma linha simples serve para representar o fluxo de informação de sinal de um dispositivo ou função para outro ou outra. Em diagramas complexos, às vezes é necessário distinguir os diferentes tipos de sinais envolvidos (pneumático, eletrônico, comunicação digital).

Os principais símbolos de linhas de sinal são:

1. sinal genérico (Fig. 2.52) 2. sinal pneumático, 20 a 100 kPa

(Fig. 2.53) 3. sinal eletrônico, 4 a 20 mA cc

(Fig. 2.54 e Fig. 2.55) 4. tubo capilar (Fig. 2.56) 5. sinal hidráulico (Fig. 2.57) 6. sinal eletromagnético guiado

(Fig. 2.58) 7. sinal eletromagnético não guiado

(Fig. 2.59) 8. sinal interno, de configuração por

programação (Fig. 2.60) 9. link mecânico (Fig. 2.61). Geralmente não é feita distinção entre

sinal analógico e binário (liga-desliga). Porém, há casos onde se quer diferenciar o sinal analógico do digital. Como ainda não há uma padronização dos sinais digitais, recomenda-se usar legenda explicativa.

SP manual

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Elementos do Simbolismo

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Fig. 2.52. Linha de sinal não diferenciado

Fig. 2.53. Linha de sinal pneumático: 20 a 100 kPa

Fig. 2.54. Linha de sinal eletrônico (menos usada)

Fig. 2.55. Linha de sinal eletrônico (mais usada)

Fig. 2.56. Sinal transmitido por capilar

Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético guiado

Fig. 2.56. Sinal sônico ou eletromagnético não guiado

Fig. 2.60. Sinal interno do sistema, ligação por configuração (software)

Fig. 2.61. Elo (link) mecânico Fig. 2.61. Sinal de natureza binária subentendido Fig. 2.62. Sinal de natureza binária especificado

PIC1

PT 1

PIC 1

PT 1

PIC 1

PT 1

PIC 1

PT 1

FIC 11

FY11

HS 1

HS 1

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3

Elementos de Identificação

Nomes dos blocos constituintes

Os engenheiros e projetistas de sistemas de controle logo percebem a importância de se ter um sistema de identificação que identifique de modo simples e único cada um dos milhares de instrumentos e funções envolvidos. Também o pessoal de operação e manutenção entende a importância de ser capaz de identificar e rastrear cada elemento que contribui com a operação normal da planta.

Embora neste capítulo vai ser discutida a identificação separada do simbolismo, deve se ter em mente a ligação intima entre a identificação e os símbolos.

Símbolos e os número de identificação (tag) vão de mão em mão nos desenhos, mas em folhas de dados (data sheet) e outros identificadores de documentos podem vir sozinhos. A parte funcional do identificador (FIC, por exemplo) ajuda a qualificar o símbolo geral como pertencendo à categoria de Controlador Indicador de Vazão e a parte numérica (101, por exemplo) identifica o equipamento ou a função de controle e indicação de vazão. Por isso, símbolos e identificadores são realmente inseparáveis nos diagramas. Para índices de instrumentos e folhas de dados, o tag de identificação já possui significado separado do símbolo.

Identificação básica: número de tag

O tag de identificação é o código alfanumérico que identifica biunivocamente um instrumento ou função. O número de tag é o número em etiqueta metálica, plástica ou de papel que é amarrada, aparafusada ou colada no corpo do instrumento.

Como em grandes complexos industriais, dezenas de milhares de equipamentos ou funções podem requerer identificação, é importante usar um sistema de identificação que seja simples e universal para instalação, checkout, manutenção e outros objetivos. A norma ANSI/ISA S5.1 fornece tal sistema.

Número de tag típico TIC 103

Número do tag ou identificação do instrumento

TIC - Identificação funcional T 103 - Identificação da malha 103 - Número da malha T - Primeira letra (variável) IC - Outras letras (funções)

10-PAH-5A Número de tag 10 Prefixo opcional PAH Identificação funcional 10-P 5A Identificação da malha P Variável inicializada PAH Funções -5 Número da malha A Sufixo opcional

Nota: hífen é opcional como separador Fig. 3.1. Números de tags

Page 18: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

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Identificação funcional

A porção alfabética do tag de identificação fornece a identificação funcional, enquanto a parte numérica, mais algum sufixo, torna único o tag de identificação.

A parte alfabética vem antes da parte numérica. No início do projeto, pode se ter apenas a parte alfabética e no fim do projeto se enumeram as malhas do sistema.

O código inteiro, por exemplo FIC 101, é chamado de número de tag ou identificação do instrumento. A identificação funcional é uma descrição resumida do que o instrumento ou função faz.

A primeira letra é a identificação da malha e a variável inicializada. A malha FIC 101 é uma malha de vazão. Todos os outros componentes desta malha também terão tag começado com a letra F, por exemplo FE 101, FY 101, FT 101, FCV 101.

Quando há apenas duas letras no tag (mínimo possível), a segunda letra corresponde à função do instrumento. Por exemplo,

FE – elemento sensor de vazão FT – transmissor de vazão FY – condicionador do sinal de vazão Quando há mais de duas letras a coisa

complica, pois a terceira letra pode ser modificadora da variável ou modificadora da função da malha ou a malha possui mais de uma função. Assim, nos tags:

PDT o D (diferencial) é modificador da

variável pressão FIC I e C são letras correspondentes a

Indicação e Controle. TDAH D (diferencial) é modificador de T

(temperatura) e H (alto) é modificador de A (alarme

Assim, apenas o bom senso aliado à

experiência pode esclarecer o significado das letras que excedem às duas mínimas.

A mesma letra pode ser significados diferentes, dependendo de sua posição relativa. Assim,

TA - alarme de temperatura AT - transmissor de análise

Fig. 3.2. Identificação funcional A letra S como segunda letra pode ter

dois significados diferentes, ou seja, PS - chave de pressão (pressostato).

Neste caso S é a função chave (switch). PSV - válvula de segurança de pressão.

Agora, S é modificadora da variável pressão, significando segurança (safety).

Fig. 3.3. Identificação específica Quando em uma mesma malha há dois

tags iguais, por exemplo, dois condicionadores de sinal em uma malha de vazão (FY), é necessário usar sufixos para diferenciar os dois tags. (Fig. 3.4)

Fig. 3.3. Necessidade de sufixos

PT

PT

FY2 A

FIC 2

FY2 B

I/P

Page 19: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

19

A Tab. 3.1 mostra que todas as 26 letras do alfabeto são usadas como primeira (variáveis) e segunda (função) letras) e algumas como modificadores da primeira ou da segunda.

Muitas letras são razoavelmente específicas, tais como T (temperatura), P (pressão), A (análise). Aliás, a língua básica é o inglês e por isso L é nível (Level) e F é vazão (flow ou fluxo). Algumas letras tiveram o significado modificado (revisão de 1984 da norma ANSI/ISA S5.1), como V que originalmente era viscosidade e atualmente é Vibração. Outras podem significar diferentes variáveis, dependendo do tipo da indústria, como C para Condutividade (química) ou Consistência (papel e celulose).

Alguns significados requerem explicações adicionais. Por exemplo a letra X é usada para representar uma variável que não é listada, que ocorre raramente e na lista de legenda deve ser esclarecido seu significado e Y é usada para evento, estado ou presença. Como segunda letra, Y é usada para uma função a ser definida.

A de análise é muito genérica e inclui análise química (composição, pH, O2, N2, viscosidade) e mecânica. É comum se colocar o tipo de análise ao lado do símbolo, como índice. (Fig. 3.5)

Fig. 3.3. Necessidade de índice

Tab. 3.3. Outras possíveis combinações

Tag Significado FO Orifício de restrição FRK, HIK

Estações de controle

FX Acessórios TJR Registrador com varredura LLH Lâmpada piloto FFR Relação KQI Indicador de tempo operação QQI Contador Indicador WKIC Controlador de taxa de perda de

peso HMS Chave momentânea manual

Numeração da malha

Geralmente são usados dois sistemas de numeração dentro da norma ANSI/ISA S5.1: paralelo e serial. Ambos são similares fundamentalmente. A principal diferença é que no sistema de numeração paralelo uma nova seqüência numérica é começada com cada variável nova medida ou inicializada e no sistema serial há somente uma seqüência de numeração.

Muitas pessoas querem codificar os tag de identificação. A experiência mostra que o melhor sistema é o mais simples. Quando se quer codificar, deve-se usar blocos de números e não se deve inventar um novo sistema de numeração.

AIC

pH

Page 20: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

20

Fig. 3.6. Análise mecânica em três planos, X, Y e Z.

VYEB

X

Y

Z

VXE A

VXT A

VYTB

VI 4

VZT A

VZE A

VI 5

Page 21: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

21

Tabela 3.1. Letras de Identificação

Primeira letra Letras subsequentes Variável Modificador Função display Função saída Modificador

A Análise (5,19) Alarme

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

C Escolha (1) Controle (13)

D Escolha (1) Diferencial

E Tensão (f.e.m.) Elemento sensor

F Vazão (Flow) Fração/Relação (4)

G Escolha (1) Visor (9) ou indicador local

H Manual (Hand) Alto (High) (7, 15, 16)

I Corrente Indicação (10)

J Potência Varredura (scan) (7)

K Tempo Tempo de mudança (4,21)

Estação controle (22)

L Nível (Level) Lâmpada (11) Baixo (Low) (7, 15, 16)

M Escolha (1) Momentâneo Médio (7,15)

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

O Escolha (1) Orifício ou Restrição

P Pressão, Vácuo Ponto (teste)

Q Quantidade Integral, Total (4)

R Radiação Registro (17)

S Velocidade Segurança (8) Chave (13)

T Temperatura Transmissão (18)

U Multivariável (6) Multifunção (12) Multifunção (12) Multifunção (12)

V Vibração Válvula, damper (13)

W Peso, Força Poço (Well)

X A definir(2) Eixo X Não classificado (2)

Não classificado (2) Não classificado (2)

Y Evento, Estado Eixo Y Relé, computação (13, 14, 18)

Z Posição ou Dimensão Eixo Z Elemento final

Page 22: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

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Notas para a Tabela das Letras de Identificação 1. Uma letra de escolha do usuário tem o objetivo de cobrir significado não listado que é necessário em uma determinada aplicação. Se usada, a letra

pode ter um significado como de primeira letra ou de letras subsequentes. O significado precisa ser definido uma única vez em uma legenda. Por exemplo, a letra N pode ser definida como módulo de elasticidade como uma primeira letra ou como osciloscópio como letra subsequente.

2. A letra X não classificada tem o objetivo de cobrir significado não listado que será usado somente uma vez ou usado em um significado limitado. Se usada, a letra pode ter qualquer número de significados como primeira letra ou como letra subsequente. O significado da letra X deve ser definido do lado de fora do círculo do diagrama. Por exemplo, XR pode ser registrador de consistência e XX pode ser um osciloscópio de consistência.

3. A forma gramatical do significado das letras subsequentes pode ser modificado livremente. Por exemplo, I pode significar indicador, ou indicação; T pode significar transmissão ou transmissor.

4. Qualquer primeira letra combinada com as letras modificadoras D (diferencial), F (relação), M (momentâneo), K (tempo de alteração) e Q (integração ou totalização) representa uma variável nova e separada e a combinação é tratada como uma entidade de primeira letra. Assim, os instrumentos TDI e TI indicam duas variáveis diferentes: diferença de temperatura e temperatura. As letras modificadoras são usadas quando aplicável.

5. A letra A (análise) cobre todas as análises não descritas como uma escolha do usuário. O tipo de análise deve ser especificado fora do circulo de identificação. Por exemplo, análise de pH, análise de O2. Análise é variável de processo e não função de instrumento, como muitos pensam principalmente por causa do uso inadequado do termo analisador.

6. O uso de U como primeira letra para multivariável em lugar de uma combinação de outras primeiras letras é opcional. É recomendável usar as primeiras letras especificas em lugar da letra U, que deve ser usada apenas quando o número de letras for muito grande. Por exemplo, é preferível usar PR/TR para indicar um registrador de pressão e temperatura em vez de UR. Porém, quando se tem um registrador multiponto, com 24 pontos e muitas variáveis diferentes, deve-se usar UR.

7. O uso dos termos modificadores alto (H), baixo (L), médio (M) e varredura (J) é opcional. 8. O termo segurança se aplica a elementos primários e finais de proteção de emergência. Assim, uma válvula auto atuada que evita a operação de

um sistema de fluido atingir valores elevados, aliviando o fluido do sistema tem um tag PCV (válvula controladora de pressão). Porém, o tag desta válvula deve ser PSV (válvula de segurança de pressão) se ela protege o sistema contra condições de emergência, ou seja, condições que são perigosas para o pessoal ou o equipamento e que são raras de aparecer. A designação PSV se aplica a todas as válvulas de proteção contra condições de alta pressão de emergência, independente de sua construção, modo de operação, local de montagem, categoria de segurança, válvula de alívio ou de segurança. Um disco de ruptura tem o tag PSE (elemento de segurança de pressão).

9. A função passiva G se aplica a instrumentos ou equipamentos que fornecem uma indicação não calibrada, como visor de vidro ou monitor de televisão. Costuma-se aplicar TG para termômetro e PG para manômetro, o que não é previsto por esta norma.

10. A indicação normalmente se aplica a displays analógicos ou digitais de uma medição instantânea. No caso de uma estação manual, a indicação pode ser usada para o dial ou indicador do ajuste.

11. Uma lâmpada piloto que é parte de uma malha de instrumento deve ser designada por uma primeira letra seguida pela letra subsequente L. Por exemplo, uma lâmpada piloto que indica o tempo expirado deve ter o tag KQL (lâmpada de totalização de tempo). A lâmpada para indicar o funcionamento de um motor tem o tag EL (lâmpada de voltagem), pois a voltagem é a variável medida conveniente para indicar a operação do motor ou YL (lâmpada de evento) assumindo que o estado de operação está sendo monitorado. Não se deve usar a letra genérica X, como XL

12. O uso da letra U para multifunção, vem vez da combinação de outras letras funcionais é opcional. Este designador não específico deve ser usado raramente.

13. Um dispositivo que liga, desliga ou transfere um ou mais circuitos pode ser uma chave, um relé, um controlador liga-desliga ou uma válvula de controle, dependendo da aplicação. Se o equipamento manipula uma vazão de fluido do processo e não é uma válvula manual de bloqueio liga-desliga, ela é projetada como válvula de controle. É incorreto usar o tag CV para qualquer coisa que não seja uma válvula de controle auto atuada. Para todas as aplicações que não tenham vazão de fluido de processo, o equipamento é projetado como:

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

aplicado para alarme, lâmpada piloto, seleção, intertravamento ou segurança. O termo controlador é usado se o dispositivo é aplicado para o controle de operação normal.

c) Relé, se for automático e não for o primeiro dispositivo na malha, mas atuado por uma chave ou por um controlador liga-desliga. 14. As funções associadas com o uso de letras subsequentes Y devem ser definidas do lado de fora do circulo de identificação. Por exemplo, FY pode

ser o extrator de raiz quadrada na malha de vazão; TY pode ser o conversor corrente para pneumático em uma malha de controle de temperatura. Quando a função é evidente como para uma válvula solenóide ou um conversor corrente para pneumático ou pneumático para corrente a definição pode não ser obrigatória.

15. Os termos modificadores alto, baixo, médio ou intermediário correspondem aos valores da variável medida e não aos valores do sinal. Por exemplo, um alarme de nível alto proveniente de um transmissor de nível com ação inversa deve ser LAH, mesmo que fisicamente o alarme seja atuado quando o sinal atinge um valor mínimo crítico.

16. Os termos alto e baixo quando aplicados a posições de válvulas e outras dispositivos de abrir e fechar são assim definidos: a) alto significa que a válvula está totalmente aberta b) baixo significa que a válvula está totalmente fechada 17. O termo registrador se aplica a qualquer forma de armazenar permanentemente a informação que permita a sua recuperação por qualquer modo. 18. Elemento sensor, transdutor, transmissor e conversor são dispositivos com funções diferentes, conforme ISA S37.1. 19. A primeira letra V, vibração ou análise mecânica, destina-se a executar as tarefas em monitoração de máquinas que a letra A executa em uma

análise mais geral. Exceto para vibração, é esperado que a variável de interesse seja definida fora das letras de tag. 20. A primeira letra Y se destina ao uso quando as respostas de controle ou monitoração são acionadas por evento e não acionadas pelo tempo. A

letra Y, nesta posição, pode também significar presença ou estado. 21. A letra modificadora K, em combinação com uma primeira letra como L, T ou W, significa uma variação de taxa de tempo da quantidade medida

ou de inicialização. A variável WKIC, por exemplo, pode representar um controlador de taxa de perda de peso. 22. A letra K como modificador é uma opção do usuário para designar uma estação de controle, enquanto a letra C seguinte é usada para descrever

controlador automático ou manual.

Page 23: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

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Tab. 32. Combinações típicas de Letras

1a letra Variável Registro Indicação Cego Válvula auto-atuada

A Análise ARC AIC AC B Queimador/

Combustão BRC BIC BC

C Escolha do usuário D Escolha do usuário E Tensão ERC EIC EC F Vazão FRC FIC FC FCV, FICV FF Relação de vazões FFRC FFIC FFC FQ Totalização vazão FQRC FQIC G Escolha do usuário H Manual (Hand) HIC HC I Corrente IRC IIC J Potência JRC JIC K Tempo KRC KIC KC KCV L Nível LRC LIC LC LCV M Escolha do usuário N Escolha do usuário O Escolha do usuário P Pressão, vácuo PRC PIC PC PCV PD Pressão diferencial PDRC PDIC PDC PDCV Q Quantidade QRC QIC R Radiação RRC RIC RC S Velocidade/Freqüência SRC SIC SC SCV T Temperatura TRC TIC TC TCV TD Diferença temperatura TDRC TDIC TDC TDCV U Multivariável V Vibração/Análise

mecânica

W Peso/Força WRC WIC WC WCV WD Diferença de peso WDRC WDIC WDC WDCV X Não classificada Y Evento, estado,

presença YC

Z Posição, dimensão ZRC ZIC ZC ZCV ZD Desvio ZDRC ZDIC ZDC ZDCV

Page 24: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

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Tab. 3.2 (B) Combinações de letras típicas

1a letra Equipamento display Chaves e Alarmes Transmissão

Registro Indicação Alto Baixo Comb. Reg. Ind. Cego A AR AI ASH ASL ASHL ART AIT AT B BR BI BSH BSL BSHL BRT BIT BT C D E ER EI ESH ESL ESHL ERT EIT ET F FR FI FSH FSL FSHL FRT FIT FT FF FFR FFI FFSH FFSL FFSHL FFIT FFT FQ FQR FQI FQIT FQT G H I IR II IRT IIT IT J JR JI JRT JIT JT K KR KI KSH KSL KSHL KRT KIT KT L LR LI LSH LSL LSHL LRT LIT LT M N O P PR PI PSH PSL PSHL PRT PIT PT PD PDR PDI PDSH PDSL PDRT PDIT PDT Q QR QI QSH QSL QSHL QRT QIT QT R RR RI RSH RSL RSHL RRT RIT RT S SR SI SSH SSL SSHL SRT SIT ST T TR TI TSH TSL TSHL TRT TIT TT TD TDR TDI TDSH TDSL TDRT TDTI TDT U UR UI V VR VI VSH VSL VSHL VRT W WR WI WSH WSL WSHL WRT WIT WT WD WDR WDI WDSH WDSL WDSHL WDRT WDIT WDT X Y YSH YSL Z ZR ZI ZSH ZSL ZSHL ZRT ZIT ZT ZD ZDR ZDI ZDSH ZDSL ZDRT ZDIT ZDT

Page 25: Documentacao sobre instrumentacao

Elementos de Identificação

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Tab. 3.2 (C) Combinações de letras típicas

1a letra Solenóide Computação

Elemento primário

Ponto de Teste

Poço Visor Segurança Elemento final

A AY AE A AW AV B BY BE BW BG BZ C D E EY EE ESL EZ F FY FE FP FSL FG FV

FF FFSL FV FQ FQY FE FQV G H I IY IE IZ J JY JE JV K KY KE KSL KV L LY LE LSL LG LV M N O P PY PE PP PSL PSV, PSE PV

PD PDY PDE PDP PDSL PDV Q QY QE QSL QZ R RY RE RSL RZ S SY SE SSL SV T TY TE TP TSL TSE TV

TD TDY TE TP TDSL TDV U UY UV V VY VE VSL VZ W WY WE WSL WZ

WD WDY WE WDSL WDZ X XZ Y YY YE YSL YZ Z ZY ZE ZSL ZV

ZD ZDR DEZ ZDSL ZDV

Page 26: Documentacao sobre instrumentacao

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4

Fluxogramas de Processo

Conhecendo o processo

Os dois principais tipos de diagramas de fluxo são o de Processo e o de Engenharia. O Diagrama de Fluxo de Processo é mais padronizado nas diferentes industrias do que o Diagrama de Fluxo de Engenharia.

O Diagrama de Fluxo de Processo é o trampolim para o projeto multidisciplinar detalhado. Ele mostra

1. as operações unitárias básicas, 2. os equipamentos principais, 3. as tubulações mais importantes e 4. o fluxo principal do processo. 5. Dados do processo O balanço de material associado, as

operações e as condições de projeto combinadas com o desenho em si dão a primeira vista compreensiva do processo.

Objetivo do Diagrama

O Diagrama de Fluxo de Processo é usado para ajudar a garantir a viabilidade, continuidade e integridade do processo. Ele serve para ajudar a desenvolver os desenhos de perfis de classes de pressão e temperatura, para estabelecer seleção de materiais, flanges, vasos.

O objetivo de se colocar a instrumentação no Diagrama de Fluxo do Processo é para documentar as principais variáveis controladas e manipuladas que impactam o projeto do processo. Nem todos os instrumentos são, nem devem ser, mostrados em um Diagrama de Fluxo do Processo.

Os símbolos dos equipamentos e os símbolos da instrumentação devem ambos ser simples no Diagrama de Fluxo de Processo. Os símbolos de equipamentos e da instrumentação são apenas símbolos mnemônicos e ajudam visualizar e estabilizar os raciocínios. Quando o projeto é mal feito, pobre, o simbolismo desordenado usualmente agride a sensibilidade estética e impede o pensamento claro acerca do sistema.

Conteúdo do Diagrama

O Diagrama de Fluxo de Processo é geralmente o primeiro desenho de engenharia a ser desenvolvido em um projeto. Ele geralmente contém uma única operação unitária. A Fig. 4.1 é um bom exemplo. Nele estão mostrados:

1. todos os grandes equipamentos que participam do processo

2. todas as tubulações principais 3. os fluxos de matérias primas e

produtos acabados 4. os fluxos de todas as utilidades

(vapor, águas, ar comprimido) Não estão indicados no Diagrama de

Fluxo de Processo: 1. diâmetros das tubulações 2. dados específicos dos

equipamentos 3. componentes detalhados das

malhas, como sensores, transmissores, condicionadores e acessórios.

É importante ler atentamente as notas e as legendas associadas e considerá-las posteriormente.

Page 27: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.1. Diagrama de Fluxo de Processo

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Fluxograma de Processo

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Símbolos da instrumentação A quantidade de instrumentação

mostrada no Diagrama de Fluxo de Processo varia de acordo com as necessidades e filosofia da indústria. Em princípio, a instrumentação deve ser mostrada apenas onde ela altera a operação ou as condições de projeto.

Os símbolos de instrumentação em um Diagrama de Fluxo de Processo devem ser abreviados ao extremo. É muito prematuro neste estágio do processo entrar em detalhes. Assim, é permissível omitir elementos sensores, transmissores, alarmes, condicionadores de sinais (como extrator de raiz quadrada) e alguns outros equipamentos auxiliares. O único objetivo de mostrar qualquer instrumento no Diagrama de Fluxo de Processo é sinalizar a importância de uma variável para medição ou controle – não é o de explicar como isto é feito. Este detalhamento, útil e necessário, será feito posteriormente, em algum outro documento específico.

Alguns projetistas preferem colocar apenas as variáveis controladas no Diagrama de Fluxo de Processo, omitindo as variáveis apenas indicadas ou registradas. Eles justificam esta opção, afirmando que apenas o controle impacta o processo e a indicação e registro são funções passivas e por isso não tem nenhuma conseqüência para o objetivo do Diagrama de Fluxo de Processo. Eles deixam o simbolismo completo de instrumento, com sensor, transmissor, indicador, registrador, alarme e controlador e atuador final para o Diagrama de Fluxo de Engenharia ou P&I.

Símbolos de Equipamentos

Os símbolos de equipamentos do Diagrama de Fluxo de Processo devem ser mais simples do que os símbolos do Diagrama de Fluxo de Engenharia por dois motivos:

1. eles interessam apenas ao processo e não interessam aos detalhes auxiliares como lógica de controle ou acionadores de bomba

2. eles contêm muito menos dados específicos que os detalhados Diagrama de Fluxo de Engenharia.

Por isso, os acionadores são omitidos dos desenhos, o mesmo símbolo é usado indistintamente para bomba rotativa, centrífuga ou reciprocante. Os arranjos de tubulações são muito simplificados. Estas simplificações são necessárias porque a informação ainda não é disponível ou é desnecessária para o objetivo do documento.

Todos os desenhos são enxutos. Uma linha é desenha somente se for necessária para ajudar a informação que esteja dentro do escopo de um desenho específico.

Os principais tipos de equipamentos por função são:

1. Misturadores e batedeiras 2. Reatores 3. Separadores de material 4. Redutores de tamanho 5. Armazenadores 6. Equipamentos de transferência

a. Gases e vapor d'água b. Líquidos c. Sólidos d. Energia (Calor)

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Fluxograma de Processo

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Tab. 4.2 Separação de material

Letra Separação de material A Absorção B Adsorçao C Centrifugação, calcinação D Bola solida E Vertical F Classificação, cristalização G Batelada agitada H Vácuo I Pachuca J Ciclone, distilação K Torre empacotada L Coluna com bandeja M Adsorsão N Batelada O Esteira P Tambor Q Rotação R Bandeja rotativa S Spray, evaporação T Circulação forçada U Efeito múltiplo V Convecção natural W Líquido/líquido X Filtração Y Saco Z Plate e frame AA Vácuo rotativo BB Precipitação CC Vibração DD Hidro EE

Scrubbing FF Decantação

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Fluxograma de Processo

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Fig. 4.2. Misturadores e batedeiras

Misturadores Nos símbolos dos equipamentos mecânicos, o que importa é sua função e não o projeto,

construção ou detalhes de montagem. Pode-se argumentar que o símbolo de motor não é necessário no agitador (A) ou no

misturador em linha (D). Também se pode argumentar que deveria haver símbolo de motor no misturador de tambor (B) , helicoidal (C), de borracha (E) ou de rolo (F). O fator de decisão é uma questão de conforto e não de objetividade.

Pequenos detalhes podem fazer uma grande diferença. Um tambor inclinado em um esquema de misturador inclui a idéia de fluxo de material.

(A) Agitador (B) Misturador em tambor

(D) Misturador em linha (E) Misturador borracha (F) Misturador de rolo

(G) Misturador estático (H) Misturador em T

(C) Misturador helicoidal

Page 31: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.3. Reação

Reatores Os três reatores mostrados na Fig. 4.3 são realmente vasos, de modo que reatores,

vasos e caldeira podem ser agrupados, embora sejam funcionalmente diferentes. É importante mostrar claramente os sentidos das linhas de vazão (entrada e saída).

Geralmente, a vazão é melhor estabelecida da esquerda para a direita e de cima para baixo. Porém, gases e vapores usualmente deixam um reator do topo e entram por baixo.

No caso de vaso com jaqueta de aquecimento, o vapor normalmente entra na jaqueta por cima e o condensado deixa a jaqueta por baixo. A situação pode ser contrária quando se usa líquido para fazer a transferência de calor.

(A) Reator ou vaso (B) Reator com agitador

(C) Reator com jaqueta

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Fluxograma de Processo

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Fig. 4.4. Separação de material

Separação de materiais

Considerando o número de exemplos disponíveis, a separação de material é feita mais freqüentemente do que qualquer outro processo nas indústrias. (Fig. 4.4 até Fig. 4.12). Como há muitas categorias, a Tab. 4.2 mostrada para listar as figuras. Algumas destas categorias se superpõem. Serão mostrados os maiores e mais complexos equipamentos usados nas indústrias de processo. Embora os equipamentos sejam complexos, os símbolos usados no Diagrama de Fluxo de Processo utilizam poucas linhas para dar informação e idéias sobre eles.

Aqui pode se enfatizar a integridade de um desenho. Um desenho não consiste apenas de figuras. Títulos, nomes, notas e dados são necessários para completar o desenho total. Por exemplo, nem todas as colunas são idênticas. Eles podem até ter a mesma aparência, porém elas podem ter funções radicalmente diferentes e estas diferenças devem ser explicadas explicitamente nos desenhos, através de notas e legendas.

(A) Coluna de Absorção (B) Coluna de Adsorsão

(C) Calcinador rotativo (D) Centrifugador

Page 33: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.5. Separação de material

(A) Centrífuga vertical

(C) Cristalizador de batelada agitado

(B) Classificador

(D) Cristalizador a vácuo (E) Cristalizador Pachuca

Page 34: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.6. Separação de material

(A) Ciclone

(B) Coluna de distilação empacotada

(B) Coluna de distilação com bandejas

Page 35: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.7. Separação de material

(A) Secador por adsorsão

(B) Secador de batelada

(C) Secador de esteira (D) Secador de tambor

Page 36: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.8. Separação de material

(A) Secador rotativo

(B) Secador de bandeja rotativa

(C) Secador de spray

Page 37: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.9. Separação de material

(A) Evaporador com circulação forçada (B) Evaporador por convecção

natural

(C) Evaporador de múltiplos efeitos

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Fluxograma de Processo

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Fig. 4.10. Separação de material

(A) Extrator centrífugo líquido/líquido (Podbielniak)

(B) Coluna empacotada

(D) Filtro de prensa plate e frame (C) Filtro saco

Page 39: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.11. Separação de material Fig. 4.12. Separação de material

(A) Filtro rotativo (B) Precipitador

(D) Hidrotela (C) Tela vibratória

(A) Eliminador (scrubber) (B) Selecionador

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Fluxograma de Processo

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Fig. 4.13. Redução de tamanho

Redução de material

Os desenhos da Fig. 4.23 mostra que algum elemento do equipamento deve servir como uma essência mnemônica da figura. Nas Fig. 4.13 (A), (b) e (c), é o elemento atuante: rolo, dentes, cone. Nas Fig. 4.13 (D) e (E), é a forma externa. Aqui as relações entre comprimento e diâmetro são características de moinhos e trituradores.

(A) Triturador de rolo (B) Triturador de dente

(C) Triturador giratório (D) Moinho de esfera e barra

(D) Triturador

Page 41: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.14. Armazenagem de material

Armazenamento de material

Alguns projetistas preferem mostrar todos os tanques sem a linha de emenda (Fig. 4.14A). É uma questão de conforto. Quando o tanque é de teto flutuante, esta característica deve ser mostrada no símbolo (Fig. 4.14C). Uma pilha de armazenagem pode mostrar que nem todos os containers possuem formas regulares (Fig. 4.14G).

(A) Tanque de teto (B) Tanque aberto

(D) Vaso horizontal (C) Vaso de teto

(E) Hopper (F) Esfera

(G) Pilha de material (H) Acumulador de gás

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Fluxograma de Processo

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Fig. 4.16. Trocadores de calor

Trocador de calor

A Fig. 4.16 mostra vários tipos de trocadores de calor. Há uma grande diferença entre eles. (A, B, C e D).

O aquecedor (A) e resfriador (B) são convenientemente diferenciados pelo desenho da linha de utilidade, subindo para um aquecedor e descendo para um resfriador. Estes dois trocadores são diferenciados dos trocadores de calor processo-processo (C) pela não continuidade das linhas de utilidade, que são mostradas simplesmente como setas.

Todas as quatro linhas dos trocadores de calor processo/processo (Fig. 4.16C) são ligados a outro equipamento. A escolha entre os dois símbolos em (C) é simplesmente uma conveniência de desenho para simplificar as interligações.

O símbolo para o refervedor (reboiler) do vaso (Fig. 4.16D) sugere que as duas formas e funciona como o resfriador com ventilador fino (fin fan). O ventilador não está dentro do equipamento do processo, porém ele é colocado dentro do símbolo para economizar espaço.

(A) Aquecedor (B) Resfriador

(C) Trocador processo/processo

(D) Refervedor (reboiler)

(E) Ventilador fino (fin fan)

Page 43: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.15. Transferência de gases

Transferência de gases

Comparando o compressor centrífugo (Fig. 4.15A) com a turbina (Fig. 4.15B), tem-se os mesmos elementos, porém o formato da figura esta invertido. Aliás, sentidos de formatos e de setas de direção podem ser arranjados para designar diferentes funções. Na Fig. 4.15 A tem se compressão; na Fig. 4.15B, expansão. Nos dois casos, a forma segue a função.

Um símbolo de soprador ou ventilador (Fig. 4.15E) é similar ao de uma bomba. O contexto serve para diferenciar as duas funções.

(A) Compressor centrífugo (B) Turbina

(C) Compressor centrífugo (D) Compressor rotativo

(E) Soprador, ventilador (F) Ejetor

Page 44: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.11. Transferência de líquidos

Transferência de líquidos

A Fig. 4.17 mostra três símbolos básicos de bombas. As linhas de sucção e descarga devem ser claramente marcadas pelas setas direcionais. Elas devem ser orientadas por conveniência do arranjo geral do desenho.

Pode ser argumentado que apenas o símbolo geral é necessário para um Diagrama de Fluxo de Processo. Porém, quando os símbolos são usados para representar esquemas de controle há um grande benefício desenhar as diferenças, desde que os métodos de controle também devem ser diferentes para cada caso.

O acionador não é mostrado em um Diagrama de Fluxo de Processo, mas deve ser mostrado em um diagrama de sistema de controle, se for pertinente entender os fluxos de sinais.

Bomba centrífuga genérica Bomba rotativa com engrenagens

Bomba reciprocante

Page 45: Documentacao sobre instrumentacao

Fluxograma de Processo

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Fig. 4.18. Transferência de sólidos

Transferência de sólidos

Um Diagrama de Fluxo de Processo freqüentemente omite o equipamento de transporte de material, substituindo-o por uma linha com um número de fluxo. Porém, em outras aplicações, os símbolos do equipamento são incluídos, pois uma das razões para se mostrar os símbolos dos equipamentos no Diagrama de Fluxo de Processo é que eles também podem ser usados em esquemas de controle de processo.

Estes desenhos devem ser simples (Fig. 4.18). Não é necessário mostrar os acionadores. Um transportador pneumático não é mostrado porque ele é simplesmente uma tubulação,

que pode ser simbolizada por uma simples linha. É o equipamento final que fornece a informação do contexto.

(A) Esteira transportadora (B) Parafuso transportador

(C) Elevador

Page 46: Documentacao sobre instrumentacao

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Diagrama de Fluxo de Engenharia

Introdução

O Diagrama de Fluxo de Engenharia é uma descrição gráfica detalhada do fluxo de processo mostrando todas as tubulações, equipamentos e a maioria da instrumentação associada com um dado processo. Ele é geralmente gerado pelo engenheiro de processo e algumas vezes completado pelo engenheiro de tubulação. É um documento multidisciplinar.

O Diagrama de Fluxo de Engenharia serve como base para projeto de processo, tubulação e estruturas e reflete o projeto dos sistemas de controle. Ele está sempre sujeito a muitas revisões e aprovações.

O Diagrama de Fluxo de Engenharia serve mais ou menos como uma lista de compra que representa tubulação, equipamento e instrumentação para um dado processo. Embora ele seja tratado como documento de projeto, de fato, ele é a conclusão do esforço de projeto do ponto de vista do engenheiro do processo. Também o Diagrama de Fluxo de Engenharia varia, de acordo com a firma de engenharia e a instrumentação é representada de vários modos diferentes.

Folha de legenda

Como há variação de estilos e símbolos, é mandatório o uso de legendas. Nas folhas de legenda são mostrados os significados de letras de funções, variáveis e modificadores. Também são definidas as abreviações de locais, equipamentos,

processos, utilidades e termos típicos de medição e controle.

A legenda pode ser apresentada em uma folha separada ou pode ser uma parte do diagrama.

Uma legenda permite ao leitor saber o que não está tão evidente de um ponto de vista comum, por exemplo se o símbolo de uma válvula é a de bloqueio, globo ou agulha. A legenda define o uso dos símbolos. A legenda é necessária porque mesmo com a padronização de símbolos e identificação, ainda há pequenas diferenças entre eles. Uma norma não engessa a imaginação e criação do usuário, de modo que sempre haverá detalhes que apenas o criador sabe e por uma gentileza técnica, estas criações devem ser esclarecidas para os usuários.

Deve se ter uma legenda para as abreviaturas, que não são normalizadas mas são largamente usadas em códigos de equipamentos, de processos e de utilidades. Também em um projeto, há um código para designar áreas da planta e estes conjuntos alfanuméricos precisam ser esclarecidos.

A folha de legenda pode também incluir símbolos de válvulas de controle e manuais e de outros equipamentos auxiliares e miscelânea, como dispositivos de segurança, acessórios, componentes de tubulações e detalhes de instalação.

Page 47: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

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A Análise B Queimador/Combustão C Escolha do usuário D Escolha do usuário E Tensão F Vazão FF Relação de vazões FQ Totalização vazão G Escolha do usuário H Manual (Hand) I Corrente J Potência K Tempo L Nível M Escolha do usuário N Escolha do usuário O Escolha do usuário P Pressão, vácuo PD Pressão diferencial Q Quantidade R Radiação S Velocidade/Freqüência T Temperatura TD Diferença temperatura U Multivariável V Vibração/Análise mecânica W Peso/Força WD Diferença de peso X Não classificada Y Evento, estado, presença Z Posição, dimensão ZD Desvio Fig. 6.1. Folha de legenda de identificação do instrumento

*AAlarme de *

*AH Alarme de alta de*

*ALAlarme de baixa de *

*C Controle de* (cego)

*CVVálvula de controle de *

*E Elemento sensor de*

*GVisor de * ou indicador local de *

*I Indicador de*

*ICControlador indicador de *

*J Multiplexação ou varredura

*OOrifício ou restrição de *

*P Ponto de teste de *

*QTotalização ou integral de *

*R Registrador de *

*SChave de *

*SV Válvula de segurança de *

*TTransmissor de *

*V Válvula de *

*WPoço de *

* significa selecionar a primeira letra da tabela ao lado

Page 48: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

48

Tab. 4.1. Abreviaturas

ATM Atmosfera AG Acima da terra BD Blowdown BL Limites de bateria C Dreno químico CA Permissão de corrosão CO Operado em cadeia CW Água de resfriamento CWR Retorno de água de resfriamento CWS Suprimento de água de resfriamento (F) Fornecido pelo vendedor FC Falha fechada FI Falha em posição intermediária FL Falha bloqueada FO Falha aberta FP Abertura total GO Operado por engrenagens HIL Nível de interface alto HLL Nível de líquido alto HOA Manual – Desligado – Automático HP Alta pressão IAS Suprimento de ar de instrumento Ic Isolação (frio) Ih Isolação (quente) Is Isolação (segurança) LC Fechado trançado LIL Nível interface baixa LLL Nível de líquido baixo LO Aberto trançado LP Baixa pressão NC Normalmente fechado NIL Nível interface normal NLL Nível de líquido normal NO Normalmente aberto O Dreno de água com óleo PO Bombeamento para fora RO Orifício de restrição SC Conexão de amostragem SD Shutdown (desligamento) SÓ Saída de vapor SP Set point (ponto de ajuste) SG Gravidade específica ou densidade relativa SSV Válvula de segurança de shutdown T/T Tangente a tangente VB Quebrador de vórtices UG Enterrado US Estação de Utilidade

Page 49: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

49

Tab. 4. 11. Válvulas de controle

Válvula de controle com atuador pneumático

Válvula atuada por cilindro (ação dupla)

Válvula auto regulada ou reguladora

Reguladora com tomada de pressão externa

Reguladora de vazão autocontida

Válvula solenóide com três vias com reset

Atuada por diafragma com pressão balanceada

Válvula com atuador a diafragma e posicionador

Ação da válvula FC – Falha fechada FO – Falha aberta

Válvula de controle com atuador manual

Tab. 4.11. Válvulas manuais

(*)

Válvula gaveta (*) Pode ser acoplado atuador ao corpo

(*)

Válvula globo

Válvula retenção

Válvula plug

Válvula controle manual

(*)

Válvula esfera

(*)

Válvula borboleta ou damper

Válvula de retenção e bloqueio

Válvula de blowdown

(*)

Válvula diafragma

(*)

Válvula ângulo

(*)

Válvula três vias

Válvula quatro vias

Corpo de válvula isolado

Válvula agulha

Outras válvulas com abreviatura sob o corpo:

S R

FO ou FC

IhV

NV

TSO

Page 50: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

50

Válvula de segurança de pressão, ajuste em 100 kPa

Válvula de segurança de vácuo, ajuste em 50 mm H2O vácuo

Disco de ruptura (pressão)

Disco de ruptura (vácuo)

C = selo químico P = amortecedor de

pulsação S = sifão

Plug

Mangueira

Filtro, tipo Y

Purgador de vapor

Dreno contínuo

Código item #1234

Funil de dreno (Ver abreviaturas)

Instrumento de nível tipo deslocador, montado externamente ao tanque

Filtro tipo T

Placa de orifício com flange

Totalizador indicador de vazão a DP

Indicador de vazão tipo área variável

Tubo venturi ou bocal medidor de vazão

Turbina medidora de vazão ou elemento propelente

Placa de orifício em porta placa

Tubo pitot ou Annubar

Espetáculo cego instalado com anel em linha (passagem livre)

Espetáculo cego instalado com disco em linha (bloqueado)

Transmissor de nível a pressão diferencial

PSV

PSV

PSE

PSE

C

T

LSV

T

LSV

o

LT

FE

FQI

FI

FE

FE

FE

FE

LT

Page 51: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

51

Checklist do Diagrama de Fluxo de Engenharia

Vasos A Fig. 6.2 mostra um vaso típico.

Usualmente no topo do diagrama de fluxo, aparece o bloco do tipo do vaso com um número e titulo, dimensões e o tipo de isolação, quando houver. Alguns projetistas incluem a pressão e temperatura.

Se o vaso contiver bandejas (tray), elas são mostradas com linhas tracejadas. A numeração das bandejas deve ser explicada na folha de legenda.

A altura e o tipo de enchimento (packing) são mostrados. Os internos importantes (câmara de catalisador, bandejas, desembaçador) são mostrados.

É importante comparar o desenho mecânico do vaso com o Diagrama de Fluxo de Engenharia para verificar consistência. A altura da linha tangente de um vaso vertical é mostrada acima da fundação. A altura do fundo de um vaso horizontal é mostrada acima da grade.

A altura do nível de líquido normal acima da linha tangente ou acima do fundo de um vaso horizontal é mostrada. As faixas dos controladores não são mostradas aqui, pois ainda é cedo, mas elas aparecerão em algum outro lugar.

Deve ser informado se os vasos tiverem alguma inclinação em relação à horizontal.

As válvulas de alívio são geralmente mostradas no topo do vaso (indústria química) ou nas linhas de saída de vapor (refinarias).

Trocador de calor Fig. 6.3 mostra um trocador de calor

típico. O número do equipamento e o titulo são sublinhados no cabeçalho do documento.

Se houver isolação, ela é mostrada. A designação das classes de pressão e

temperatura é opcional. O tipo correto do trocador é descrito,

mostrando o número de seções e o arranjo das vazões. Todas as linhas de vent devem ser mostradas.

Bombas A Fig. 6.4 mostra um arranjo típico de

bombas em um Diagrama de Fluxo de Engenharia. O bloco do titulo deve conter o número do item, titulo, isolação, água de resfriamento, óleo ou selagem. A capacidade do projeto e a pressão diferencial também podem ser informadas.

O tipo de bomba e seu acionador devem ser mostrados. A mínima vazão de recirculação é mostrada, onde necessário. Os amortecedores de pulsação são mostrados em bombas reciprocantes e vents com válvulas são mostrados usualmente em todas as bombas.

Deve se prestar atenção ao controle da bomba, incluindo os sistemas automáticos de partidas e vents.

O tamanho das válvulas de sucção e de descarga e os flanges da bomba devem ser indicados.

Compressores e sopradores A Fig. 6.5 mostra esquemas com

compressores e sopradores típicos. O tipo do compressor (centrifugo ou reciprocante) e o número de estágios devem ser mostrados.

No topo do desenho, como usual, acima de cada compressor aparece o número do item e titulo, sublinhado, seguido pela capacidade, pressão diferencial.

A folha de especificação do compressor deve ser verificada, observando itens como tamanhos de bocais.

Page 52: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

52

Fig. 6.2. Vaso típico

Page 53: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

53

Fig. 6.3. Trocador de calor típico

Page 54: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

54

Fig. 6.4. Bombas

Page 55: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama de Fluxo de Engenharia

55

Conteúdo do Diagrama de Fluxo de Engenharia

Deve haver um consenso quanto a informação de instrumentação incluída no Diagrama de Fluxo de Engenharia. Nem toda a instrumentação precisa ser mostrada.

Deve haver espaços e locais reservados nas tubulações e equipamentos, de modo que os elementos sensores e elementos finais possam ser mostrados. O mesmo se aplicada a válvulas, pontos de amostragem, válvulas de segurança, visores de nível, indicadores locais de pressão e temperatura, elementos de vazão. Se a instrumentação está diretamente ligada ao processo, ela deve ser mostrada.

Informações mais detalhadas, tais como tamanhos de válvulas, valores de ponto de ajuste, posições de falha, faixas calibradas não precisam ser mostradas, pois elas aparecerão em outros documentos, como folhas de dados de instrumentos. Não se deve colocar a mesma informação em vários documentos diferentes pois haverá problema quando houver alteração nesta informação comum. Mostrar detalhes pode parecer uma boa idéia, mas pode ser extremamente difícil alterar estes detalhes, mais tarde, quando eles forem alterados.

As informações distantes do processo são controversas. Alguns argumentam que apenas as malhas básicas devem ser mostradas – nada mais.

O objetivo do Diagrama de Fluxo de Engenharia é mostrar o processo em detalhe e dar alguma idéia de seu controle. Nem todos os detalhes de instrumento são mostrados – pois eles são muito numerosos. O consenso é mostrar toda instrumentação ligada diretamente ao processo e de interesse para o operador. O que interessa ao operador são as funções de display (registrador, indicador, alarme, controle) e as de atuação (chaves de liga-desliga, botoeiras, seletoras). Informação detalhada e de condicionamento de sinal, como transmissão, extração de raiz quadrada, multiplexação, não deve ser mostrada.

Basicamente, três categorias de instrumentos devem aparecer no Diagrama de Fluxo de Engenharia:

1. controles analógicos 2. controles discretos 3. interface com operador. Estes equipamentos e funções são tudo

aquilo que o operador vê ou toca. O controle discreto, envolvendo a lógica

de ligar e desligar, é mais complicado e menos óbvio que o controle contínuo. Sendo mais complicado, são também mais difíceis de serem apresentados, de modo que a tendência é esquecê-los. O melhor enfoque para a lógica discreta é mostrar todas as entradas e saídas de uma caixa preta (identificada como bloco lógico) e depois se referir ao desenho onde a lógica será desenvolvida. Este enfoque tem a vantagem de já permitir o levantamento de entradas e saídas, que será posteriormente requerido para o projeto do sistema de controle digital.

Page 56: Documentacao sobre instrumentacao

56

6

Simbolismo do Controle Contínuo

Introdução

Entre o Diagrama de Fluxo de Processo e o Diagrama de Fluxo de Engenharia ficam muitos sistemas de controle juntos, que podem ou não ser representados em um documento formal de projeto. O Diagrama de Fluxo de Processo representa o processo básico e o Diagrama de Fluxo de Engenharia, também chamado de Diagrama de Tubulações e Instrumentos (P&I, em inglês, Piping and Instruments, lê-se pienai), representa o projeto detalhado do equipamento de processo e suas interligações. A representação do sistema de controle em um P&I varia em detalhes entre as companhias e até entre projetos.

Serão tratados aqui e agora os conceitos e símbolos dos controles estruturados, que podem servir como blocos constituintes de um projeto completo de instrumentação.

O controle pode ser implementado através das seguintes estratégias:

1. Controle Contínuo Linear 1.1. Realimentação negativa 1.2. Preditivo antecipatório 1.3. Desacoplamento 1.4. Cascata 1.5. Relação

2. Controle com saídas múltiplas 2.1. Balanço de cargas 2.2. Faixa dividida

3. Malhas redundantes 3.1. Reserva (backup) redundante 3.2. Tomada de malha integral 3.3. Controle de posição da válvula 4. Controle Discreto ou Chaveado

4.1. Sistemas seletores

4.2. Estrutura variável Além de se analisar os diagramas sob o

ponto de vista de símbolos e identificadores, tem-se a oportunidade de fixar conceitos de controle de processo.

Controle com realimentação negativa

O objetivo do controle com realimentação negativa é controlar uma variável medida em um ponto de ajuste. O ponto de ajuste nem sempre é aparente, nem é facilmente ajustável.

O estado operacional é automático ou manual. Os parâmetros operacionais são o ponto de ajuste (em automático) e a saída (em manual).

Os valores monitorados são o ponto de ajuste, a medição e a saída. (Monitorar não significa necessariamente indicar.)

Fig. 6.1. Esquema do controle a realimentação negativa

PROCESSO

Medição

saídas

controlada

manipulada

entradas

distúrbios

Controlador feedback

Ponto de ajuste

Page 57: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

57

A realimentação negativa é mais um conceito do que um método ou um meio. No sistema com realimentação negativa sempre há medição (na saída), ajuste do ponto de referência, comparação e atuação (na entrada). A saída pode alterar a variável controlada, que pode alterar a variável medida. O estado da variável medida é realimentado para o controlador para a devida comparação e atuação.

Em resumo, esta é a essência do controle à realimentação negativa. É irrelevante se há seis elementos na Fig. 6.2 e apenas um na válvula auto regulada de pressão (Fig. 6.3). Na válvula auto-operada, os mecanismos estão embutidos na própria válvula, não há display e os ajustes são feitos de modo precário na válvula ou nem são disponíveis. Na malha de controle convencional, os instrumentos podem ter até circuitos eletrônicos microprocessados. É irrelevante também se as variáveis medida e manipulada são as mesmas na malha de vazão ou diferentes na malha de pressão. O conceito de controle é a realimentação negativa, independente do meio ou método de sua obtenção.

Fig. 6.2. Malha de controle de vazão Fig. 6.3. Reguladora de pressão

Na malha de controle de vazão da Fig. 6.2, a vazão é sentida pela placa (FE), o sinal é transmitido (FT), extraída a raiz quadrada (FY-A) e finalmente chega ao controlador (FIC). Este sinal de medição é comparado com o ponto de ajuste (não mostrado na figura) e o controlador gera um sinal (função matemática da diferença entre medição e ponto) que vai para a válvula de controle (FCV), passando antes por um transdutor corrente para pneumático (FY-B), que compatibiliza a operação do controlador eletrônico com a válvula com atuador pneumático. A atuação do controlador tem o objetivo de tornar a medição igual (ou próxima) do ponto de ajuste.

Na válvula auto regulada acontece a mesma coisa, porém, envolvendo menor quantidade de equipamentos. O valor da pressão a ser controlado é levado para um mecanismo de comparação que está no atuador do válvula. No mecanismo há um ajuste (fixo ou regulável) do valor da pressão a ser controlado. Automaticamente a válvula vai para a posição correspondente à pressão ajustada.

Nos dois sistemas sempre há: 1. medição da variável controlada 2. ajuste do valor desejado 3. comparação entre medição e ajuste 4. atuação para tornar medição igual

ao ponto de ajuste Enquanto a medição estiver igual ao

ponto de ajuste (situação ideal), a saída do controlador está constante (cuidado! Não é igual a zero!). Só haverá atuação (variação na saída) quando ocorrer diferença entre medição e ponto de ajuste.

A maioria absoluta dos sistemas de controle se baseia no conceito de realimentação negativa. Embora seja lento e susceptível à oscilação, ele é o mais fácil de ser realizado.

A minoria dos sistemas utiliza outras estratégias de controle ou combinação de várias malhas a realimentação negativa. O advento da instrumentação microprocessada (chamada estupidamente de inteligente) permite a implementação econômica e eficiente de outras técnicas de controle.

FT

FY-A

FIC

FE

FY-B

i/p

Page 58: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

58

Controle preditivo antecipatório

O objetivo do controle preditivo antecipatório (feedforward) é evidenciar os efeitos dos distúrbios da carga do processo.

A Fig. 6.4 é um esquema simplificado do conceito de controle preditivo antecipatório. Os componentes da carga são fluxos de materiais e de energia cujas alterações tendem alterar a variável controlada. Para reagir a estas tendências, as variações de carga são medidas, alimentadas para o controlador feedforward que calcula estas influências, considera o ponto de ajuste e atua na variável manipulada que afeta o processo, de modo a minimizar o desvio do ponto de ajuste.

Fig. 6.4. Conceito de feedforward A Fig. 6.5 mostra um exemplo de um

esquema preditivo antecipatório para controlar a temperatura da descarga, T2, no lado do processo de um trocador de calor aquecido por vapor. A porção preditiva antecipatória da malha é rodeada por linhas tracejadas, para clareza. Esta porção calcula a vazão necessária de vapor, Ws, dada uma vazão de processo medida, Wp, temperatura de processo para o trocador, T1 e a temperatura desejada do processo, T2, fornecida pelo controle manual HC. A malha de controle de vazão é uma malha preditiva antecipatória padrão. Ela é uma malha cascateada cuja função é melhorar a eficiência do sistema.

Fig. 6.5 Controle preditivo antecipatório

A Fig. 6.6 mostra um sistema de

controle de alimentação de água de caldeira a três elementos padrão. O exemplo é dado para enfatizar a importância de ter conceitos claros. A porção de feedforward é destacada. Mesmo que esta porção esteja no lado da descarga da caldeira, é ainda feedforward, desde que este conceito trata dos distúrbios do processo onde eles ocorrem.

O objetivo desta malha feedforward é calcular a vazão de alimentação de água necessária para satisfazer a demanda, a carga (também um distúrbio). O objetivo da malha de controle de nível é ajustar o cálculo, de modo que o nível permaneça próximo do ótimo para a eficiência e da segurança da caldeira. A malha de controle de nível é uma falha de feedback cascateando a malha de controle de vazão da água de alimentação. O objetivo da malha de controle de vazão de água de alimentação é melhorar a eficiência da resposta para o ponto de ajuste calculado e estabelecido. Ela é também feedback.

O estado operacional normal é automático. Porém, para entradas anormal, pode se entrar com uma entrada fixa manualmente, sob certas circunstancias. Os parâmetros operacionais são o ponto de ajuste e, algumas vezes, entradas manuais (sistema em falha).

PROCESSO

Controlador feedforward

Medições

saídas

controlada

manipulada

distúrbios

Ponto de ajuste

Page 59: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

59

Os valores monitorados são as entradas medidas e a saída calculada.

Controle com desacoplamento

O objetivo do desacoplamento é reduzir a interação em situações com várias malhas ou variáveis.

A Fig. 6.6 mostra as interações e suas compensações. Os sinais desacoplados são as entradas negativas dos somadores. Se o analisador de nafta demanda mais vazão através da entrada de topo, a relação vapor-líquido será aumentada, aumentando os componentes mais pesados no lado de cima para atingir o ponto de ajuste. Componentes mais pesados também acharão seu caminho no lado do querosene, a não ser que esta vazão seja reduzida para permitir mais tiragem.

Fig. 6.6. Esquema de desacoplamento

Controle Cascata

O controle cascata permite um controlador primário regular um secundário, melhorando a velocidade de resposta e reduzindo os distúrbios causados pela malha secundaria.

A Fig. 6.7 é um diagrama de blocos do conceito de controle de cascata, mostrando as medições (primaria e secundaria), o ponto de ajuste do primário estabelecido manualmente e o ponto de ajuste do secundário estabelecido pela saída do controlador primário.

A característica principal do controle cascata é a saída do controlador primário ser o ponto de ajuste do secundário. Diz-se que o controlador primário cascateia o secundário.

A Fig. 6.8 é um exemplo de um controle convencional de temperatura, envolvendo uma única malha. Na Fig. 6.9 tem-se controle de cascata. (É interessante notar como um esquema simples pode esconder fenômenos complexos. Por exemplo, eventualmente a reação da figura pode ser exotérmica e nada é percebido).

Fig. 6.7. Diagrama de blocos do controle cascata

Elemento final de controle

PROCESSOControlador secundário

Medição da variável secundária

Medição da variável primária

Controlador primário

ponto de ajuste

ponto de ajuste

Page 60: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

60

Fig. 6.8. Controle convencional de temperatura

Fig. 6.9. Controle de cascata temperatura – temperatura

No controle cascata a temperatura do

(mais lenta) vaso cascateia a temperatura da jaqueta (mais rápida). Quando houve distúrbio no vapor de modo que a temperatura da jaqueta caia, o controlador secundário corrige esta varia mais rapidamente que o controlador primário.

Controle de Relação de Vazões

O objetivo do controle de relação (geralmente de vazões) é regular misturas ou quantidades estequiométricas em proporções fixas e definidas.

Fig. 6.10. Diagrama de blocos do controle de relação Fig. 6.11. Controle de relação com divisor Fig. 6.12. Controle de relação com divisor

TE

Saída Vapor

Produto

Condensado

TT SP TC

TT1

TE1

Saída Vapor

Produto

Condensado

SP TC1

TC2 TT2

SP

TE2

Jaqueta

FT2

FT1

: FFC

vazão não controlada

vazão controlada

SP

B

A

FT2

FT1

x

FFC

vazão não controlada

vazão controlada

SP

B

A

Controlador

Processo

Σ Ke r = ky

c = x ym

Page 61: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

61

Blending é uma forma comum de controle de relação envolvendo a mistura de vários produtos, todos em proporções definidas. A Fig. 6.9 mostra o diagrama de blocos do conceito de controle de relação. A álgebra é feita fora do controlador para evitar problemas de ganho e, como conseqüência, de estabilidade.

As Fig. 6.10 e 6.11 são diagramas mais comuns e já orientados para controle. É interessante notar que o mesmo controle pode ser feito por equipamentos diferentes. Por exemplo, pode-se fazer a relação através de um multiplicador ou de um divisor (que é o inverso). Porém isso é fácil de entender, a partir do conceito de relação das variáveis.

O objetivo do controle de relação é ter uma relação controlada fixa entre as quantidades de duas substâncias, como

rBA

=

Assim, é possível se ter A = r B ou

então Ar1B =

No controle de relação de duas vazões,

uma vazão necessariamente deve variar livremente e a outra é manipulada. Quando se tem o controle de relação de várias (n) vazões, uma delas deve ser livre e as (n-1) são manipuladas. Enfim, sempre deve haver um grau de liberdade, no mínimo.

Os estados operacionais dependem da aplicação. Quando se têm várias malhas, é possível tirar algumas do modo relação e operá-las independentemente. É possível também se manter a relação, mesmo com a malha em manual. Os parâmetros operacionais dependem da aplicação.

Os valores monitorados são o ponto de ajuste (relação) e os valores medidos das duas vazões.

Fig. 6.13. Balanço de carga

FT1

FC

FT1

FC

FT1

FC

FC Σ

Page 62: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

62

Balanço de Cargas

O objetivo do controle com balanço de carga é permitir a regulação da saída comum (somada) de várias malhas. A Fig. 6.13 é típica.

Os estados operacionais são qualquer combinação dos estados normais de operação das malhas individuais. Qualquer malha pode estar em manual e a malha externa ainda tenta manter a vazão total em seu ponto de ajuste. Os parâmetros operacionais são os de todos os controladores, incluindo o controlador mais externo que balanceia a carga. (Isto não quer dizer que todas as combinações são úteis.)

Controle de Faixa Dividida

O objetivo de estender a faixa é alterar a faixa normal de um elemento da que ele normalmente dispõe, aumentando ou diminuindo-a. Este controle é chamado de split range.

Um exemplo de malha expandida é mostrado no diagrama da Fig. 6.15. Tem-se duas válvulas em paralelo. Somente depois da primeira válvula ficar totalmente aberta, a segunda começa a modular. A primeira válvula permanece totalmente aberta enquanto a segunda modula. Este controle é aplicado em aplicações com dois combustíveis, onde o segundo combustível (mais caro) só começa a ser usado depois que a válvula que manipula o combustível mais barato fica totalmente aberta.

Outro exemplo de controle com faixa dividida é em controle de temperatura, com dois meios de controle: um para aquecer (vapor) e outro para resfriar (água fria). Também neste caso a saída do controlador vai para as duas válvulas. A de vapor (ar para fechar) opera de 60 a 100 kPa e a de água (ar para abrir) opera de 20 a 60 kPa. Em 60 kPa ambas estão fechadas.

No controle de faixa dividida é obrigatório o uso de posicionadores nas válvulas (o que não está mostrado no diagrama).

Fig. 6.14. Esquema do controle de faixa dividida Fig. 6.15. Operação da válvula de controle

Controle de malhas redundantes

O objetivo do controle com malhas redundantes é fornecer controle mesmo quando há falha de uma malha ou fazer controladores operarem em tempos diferentes, através da inclusão de ações de controle ou ajustes de ganho ou em pontos de diferentes, através de diferentes pontos de ajuste.

A ação integral torna o controlador mais lento, de modo que um controlador PI é mais lento que um controlador P. A ação derivativa torna o controlador mais rápido, de modo que um controlador PID é mais rápido que um controlador PI.

Controlador com ganho grande (banda proporcional estreita) é mais rápido que um com ganho pequeno.

Tanque de

reação

Vapor aquecedor

Água refrigerante

TC

TV-A

TV-B

60-100 kPa 20 - 60 kPa

Saída do controlador

% span

Temperatura% span

Posição da válvula de

vapor

Posição da válvula de

água

100

0

100

0

fechada

aberta

fechada

fechada

fechada

aberta

Page 63: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

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Fig. 6.16. Backup simples, malhas redundantes

Fig. 6.17. Malhas redundantes, com ajustes de ganhos diferentes (controlador com maior ganho atua primeiro)

Fig. 6.17. Malhas redundantes, com ações de controle diferentes (controlador P atua antes do controlador PI)

Controles chaveados

Os conceitos de controle chaveados são divididos em

1. eletivo 2. seletor (alta ou baixa) 3. estrutura variável O controle eletivo (Fig. 6.20) envolve um

chaveamento na entrada do controlador, que recebe o sinal de dois transmissores de análise. Quando um deles falha, o outro assume a função de enviar o sinal de medição.

O controle seletor (Fig. 6.21) envolve dois (ou mais) controladores com o chaveamento na saída, pois há um único elemento final de controle. Em operação normal o controlador de vazão (FIC) opera; quando o nível se aproxima de um valor crítico (muito baixo), automaticamente o controlador LIC assume o controle. Nesta configuração, é necessária a proteção contra saturação do modo integral dos controladores, pois o controlador que está fora de controle, mas ligado, pode saturar se tiver a ação integral.

O controle de estrutura variável (Fig. 6.22) permite o controlador TIC controlar o processo com uma válvula TVA, até que a pressão atinja valor perigoso. Agora o controlador de pressão assume o controle da válvula principal e o controlador de temperatura atua na válvula secundaria, TVB. Também é necessária a realimentação externa ao modo integral ao PIC, para evitar a saturação da saída (não é necessária a realimentação ao TIC pois ele sempre está operando).

Todos os esquemas de controle seletor chaveado inclui obrigatoriamente um seletor de sinais.

Fig. 6.18. Controle chaveado

Set @ 104 kPa

Set @ 102 kPa

Set @ 100 kPa

XICB

rB

XICA

rA

rA

Σ ∫K

Σ K

rB

ATA

ATB

AIC

> Reator

Page 64: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Multivariável

64

Fig. 6.19. Controle auto seletor, com nível e

vazão.

Fig. 6.20. Controle chaveado, com estrutura variável.

LC

FC

<TanquTIC

PIC

realimentação externa ao modo integral

>

TVB

TVA

Page 65: Documentacao sobre instrumentacao

65

7

Simbolismo do Controle Lógico

Conceitos de Lógica

Em sistemas de controle, a palavra lógica é geralmente usada tem termos de relé lógico ou lógica de controlador programável, o que não é muito lógico. O termo lógico está geralmente associado com o conceito de binário, que significa possuir um de apenas dois estados possíveis, tais como liga-desliga, aceso-apagado, alto-baixo, verdadeiro-falso, presente-ausente, maior-menor, igual-diferente ou 1-0. A palavra lógica se refere a um sistema que obedece a um conjunto fixo de regras e sempre apresenta o mesmo conjunto de saídas para o mesmo conjunto de entradas, embora estas respostas possam ser modificadas por alguma condição interna, como o estado de uma saída de um temporizador ou contador. A lógica sempre trabalha com as combinações de E (AND), OU (OR), NÃO (NOT) e nunca com TALVEZ.

Lógica de relé, lógica binária e programas

No início, a lógica de relé foi usada para o simples intertravamento de circuitos de controle elétrico. Se a corrente de um motor exceder um determinado valor pré-estabelecido, ele deve ser desligado. Se o aquecedor elétrico ultrapassar determinada temperatura, ele deve ser desligado. Se uma correia de esteira estiver rodando com uma extremidade fora, ela deve ser parada. Para um dado conjunto de entradas, uma decisão deve ser feira e uma ação tomada.

Lógica Combinatória ou Seqüencial Geralmente, tenta-se distinguir binário,

acionado por evento e lógica instantânea de lógica seqüencial. Isto está mais relacionado com as dificuldades associadas em representar a lógica seqüencial do que com as diferenças reais. Não há nenhum problema prático em considerar equivalentes todos os conceitos acima.

A lógica seqüencial foi manipulada menos satisfatoriamente no passado do que a lógica combinatória. A lógica seqüência é geralmente representada de um modo que requer muito mais conhecimento técnico por parte do leitor não técnico que deve analisar o documento. Foi desenvolvida uma metodologia mais simples que mudou estes conceitos. O IEC publicou a norma 848 (Preparação das Cartas Funcionais para Sistemas de Controle, 1988).

Os diagramas lógicos binários são usados para tentar tornar o trabalho mais fácil, para fazê-lo menos dependente do conhecimento do equipamento específico e para fazê-lo mais funcional na orientação.

Lógica CLP O controlador lógico programável (CLP)

atualmente substitui os sistemas complexos de relés. Suas vantagens são:

1. Ocupação de menor espaço 2. Custo menor para sistemas grandes 3. Facilidade de modificação da lógica O CLP é freqüentemente programado

emulando diagramas ladder de relés, pois estes diagramas são facilmente entendidos por muitas pessoas não instrumentistas. O problema que permanece é que o

Page 66: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

66

diagrama ladder é orientado para equipamento e requer um conhecimento de circuito elétrico. A diagramação lógica binária é uma tentativa de reduzir a lógica complexa que existe entre as entradas e saídas de um sistema para a representação mais simples possível.

Uma grande vantagem do diagrama lógico binário sobre o diagrama ladder é a facilidade com que a lógica binária pode ser combinada com uma representação do processo sendo controlado, que dá um entendimento mais claro da ligação entre o controle do processo e sua lógica. Mesmo que o CLP seja programado através dos símbolos do diagrama ladder, é ainda mais fácil trabalhar e entender o esquema básico representado por lógica binária.

Conceituação e Execução

Há uma sutil mas importante diferença entre as duas fases que devem ser consideradas para se ter um esquema de controle trabalhável envolvendo lógica binária. A primeira fase é comum a todo o equipamento e a segunda depende muito mais do equipamento específico usado. A primeira fase responde a pergunta: O que precisa ser feita para determinado processo? A segunda fase responde a questão: Sabido o que deve ser feito, como fazê-lo?

Quebrando o projeto nestas duas fases, O que fazer? e Como fazer?, as coisas andam mais facilmente. O problema pode ser claramente definido sem a restrição da necessidade do conhecimento detalhado do equipamento disponível. O projeto pode ser discutido entre pessoas que podem conhecer o problema mas que podem ter diferentes graus de conhecimento do equipamento (e programa) disponível para sua solução. Quando o projeto é dividido em suas partes componentes deste modo mais ou menos abstrato, o problema e sua solução pode ser conceitualizada, o equipamento pode ser escolhido e a solução pode ser executada mais eficientemente.

A primeira fase é a conceitualização. Como o objetivo é conceber esquemas de controle que envolvam um processo, lógica para controlar este processo e a interface

de operação que permita ao operador intervir a qualquer momento no processo, é razoável incluir estes elementos em um desenho ou esquema conceitual.

A segunda fase, execução, envolve detalhes de execução ou instruções para um CLP. Este fase requer o conhecimento apenas das entradas imediatas e não das condições que as geram. Nesta fase, é razoável eliminar muitos detalhes irrelevantes associados com o processo ou com a interface do operador.

Tipos de documentos

Quando se vai do conceito para a execução, pode-se perceber que, no mínimo, dois tipos de documentos são necessários. O documento de execução é geralmente o único que é visto formalmente. O documento de conceito existe, como um esquema de engenharia ou como uma tentativa de combiná-lo com o diagrama de fluxo de engenharia. Para lógica complexa, o documento conceitual é completamente insatisfatório. Muita confusão seria evitada se o documento conceitual fosse um desenho formal.

Na realidade, mais do que estes dois tipos de documentos estão envolvidos, quando de vai do conceito para a execução. Usualmente, o processo de conceitualização começa com o diagrama de fluxo do processo. Neste tempo, uma descrição geral, resumida, narrativa esquematiza o processo, o que é para ser feito e as necessidades da interface do operador. Quando o diagrama de fluxo do processo é desenvolvido, no mínimo, as entradas e saídas são definidas. Assim que as entradas e saídas do processo estão definidas, o documento lógico conceitual pode ser desenvolvido. Depois de aprovado o documento conceitual, pode-se começar a fazer os documentos de execução.

Pode-se ir diretamente do documento lógico conceitual para um diagrama ladder, como o documento final de execução para relé ou CLP. Porém, em sistemas grandes e complexos, é recomendável ter um documento intermediário que seja entendido por aqueles que não necessariamente entendem os detalhes do

Page 67: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

67

diagrama ladder. Este documento pode também ser usado para verificação (ckeckout), pois ele mostra toda a lógica interna e simboliza todas as entradas e saídas sem os detalhes irrelevantes do processo ou da interface do operador.

O documento final de execução geralmente é o diagrama ladder, utilizado em sistema com relé ou com CLP. No caso de CLP, ele pode ser gerado por um programa associado (p. ex., PGM, Reliance)

Documentos lógicos conceituais

O documento lógico conceitual tenta responder a questão: Como se consegue ir até lá daqui? Um diagrama de fluxo de engenharia (P&I) não é uma ferramenta adequada para fins de lógica. Também, o diagrama ladder é muito especializado para fins de conceitualização. Assim, a maior utilidade do diagrama conceitual é como uma ferramenta que permite ao projetista lógico raciocinar através do processo presente sem muita consideração acerca das especificações finais do equipamento a ser usado para executar a lógica.

Há três divisões básicas no documento lógico conceitual:

1. desenho do processo sendo controlado sem entrar em detalhes que são irrelevantes para o controle deste processo

2. desenho da lógica 3. desenho da interface do operador,

desde que nada é totalmente automatizado e tudo requer a intervenção eventual do operador.

Os símbolos lógicos básicos são ferramentas extremamente úteis. Os símbolos podem ser usados para desenvolver e representar a lógica muito complexa de um modo entendível.

Portas Lógicas

Embora as chaves e os reles sejam dispositivos digitais, o termo lógica digital é reservado para circuitos que usam componentes a estado solido, conhecidos como portas. As portas lógicas básicas são:

1. OR (também OR EXCLUSIVO) 2. AND 3. NOR 4. NAND 5. INVERSOR

Porta OR A porta OR possui duas ou mais

entradas e uma única saída. As entradas são designadas por A, B, ... N e a saída por L. As entradas podem assumir só 0 ou 1.

A expressão para o OR é: A + B = L A saída de uma porta OR assume o

estado 1 se uma ou mais entradas assume o estado 1. A saída do OR é 1 se alguma das entrada for 1.

Símbolos Os símbolos MIL, NEMA e ANSI são:

Fig. 7.1.Símbolos da porta OR

Tabela verdade Tabela verdade 0R para duas entradas

A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

MIL NEMA

OR

ANSI

Page 68: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

68

Circuitos equivalentes Exemplo do uso OR em controle de

processo é ligar uma lâmpada através de qualquer uma de duas chaves ou ambas.

Fig. 7.2. Circuitos para OR

Porta OR Exclusivo O OR exclusivo é uma porta com duas

entradas, cuja saída é 1 se e somente se os sinais de entrada forem diferentes. Quando as entradas forem iguais, a saída é zero.

A Equação do OR exclusivo é A ⊕ B = L ou LBABA =+

Símbolos

Fig. 7.3. Símbolos da porta OR exclusivo

Tabela Verdade OR EXCLUSIVO

A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Circuito equivalente Um circuito equivalente com duas

chaves para uma porta OR EXCLUSIVO é mostrado abaixo. Quando qualquer uma das duas chaves estiver ligada e a outra desligada, a lâmpada está ligada. Quando as duas chaves estiverem simultaneamente ligadas, a lâmpada fica apagada.

Fig. 7.4. Circuitos para OR exclusivo

Porta NOT A porta NOT ou inversora produz uma

saída oposta da entrada. Esta porta é usada para inverter ou complementar uma função lógica. O inversor, diferente das outras portas lógicas que possuem duas ou mais entradas e uma saída, só possui uma entrada e uma saída. A saída é o inverso ou oposto da entrada.

A equação do NOT ou inversor é LA =

Símbolos

Fig. 7.5. Símbolos da porta NOT

Tabela Verdade do NOT

A L 0 1 1 0

Circuito equivalente O circuito equivalente para um

INVERSOR com reles é mostrado abaixo. Fig. 7.6. Circuito NOT ou inversor

OE

ANSI NEMA

+ MIL

A

V

B

MIL NEMA ANSI

B

A

A

B

B

A

A B

A B

AR

R L

Page 69: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

69

Porta AND A porta AND tem duas ou mais

entradas e uma única saída e opera de acordo com a seguinte definição: a saída de uma porta AND assume o status 1 se e somente se todas as entradas assumem 1.

A equação do AND é A . B = L

ou A x B = L

ou AB = L

Símbolos Fig. 7.7. Símbolos da porta AND

Tabela Verdade

A B C 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Circuito equivalente O circuito equivalente da porta AND

com chaves é mostrado abaixo. Fig. 7.8. Circuito equivalente a AND

Porta NAND NAND é a porta oposta à AND.

Quando todas as entradas NAND são 1, a saída é zero. Em todas as outras configurações, a saída do NAND é zero

A equação do NAND é

LAB = ou

LBA =+

Símbolo: Fig. 7.9. Símbolos da porta NAND

Tabela Verdade

A B AND NAND0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0

Circuito equivalente O circuito equivalente da porta NAND

com chaves é mostrado abaixo. Fig. 7.10. Circuito equivalente a NAND

MIL NEMA

A

ANSI

V

B

NEMA

A

ANSI MIL

A

L

A

B

A B L

A

B

L A

B

Page 70: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

70

Porta NOR NOR é a porta oposta a OR. Quando

todas as entradas são 0, a saída é 1.

A equação do NOR é

LBA =+

ou LBA =×

Símbolo:

Fig. 7.11. Símbolos da porta NOR

Tabela Verdade

A B OR NOR0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Circuito equivalente O circuito equivalente da porta NOR

com relé é mostrado abaixo. Fig. 7.12. Circuito equivalente a NOR

Exemplos lógicos

Circuito retentivo Um dos circuitos lógicos mais comuns é

o circuito retentivo (hold) para motores elétricos (Fig. 7.13). A figura mostra a divisão do diagrama em três áreas: painel (display), lógica e campo (outras áreas também poderiam ser adicionadas, como área do painel cego). O botão PARTIDA (HMS 500) envia um sinal para a porta OR, que passa qualquer sinal recebido. O sinal vai para uma porta AND, que produz uma saída somente quando todas as entradas estão presentes. Como a botoeira PARADA (HMS 501) não está sendo apertada, a porta NOT inverte o sinal zero para um sinal positivo, satisfazendo a porta AND e uma saída é produzida. A saída de AND vai para o motor e volta para a entrada da porta OR para manter a lógica, mesmo quando o botão PARTIDA deixa de ser pressionado. Quando o botão PARADA é apertado, a porta NOT inverte o sinal positivo, de modo que a porta AND não seja mais atendida e o circuito retentivo é desligado.

Note-se que são usadas muitas palavras para descrever um sistema simples que pode ser facilmente representado por poucos símbolos conhecidos. Note, também, que todos os símbolos lógicos estão representados na figura. Está mostrada a lógica do processo, não a proteção do equipamento. Assim, o relé de sobrecarga, relé termal e outros dispositivos de intertravamento não estão mostrados, embora pudessem ser também representados. Deve-se notar ainda que parece que o motor recebe sua potência da lógica. Isto obviamente não ocorre, mas a representação é simples e não diminui o entendimento do circuito.

MIL NEMA

OR

ANSI

A

B

A B L

Page 71: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

71

Fig. 7.13. Circuito retentivo

Funções de campo O exemplo da Fig. 7.14 é mais

complexo. É mostrado como o circuito retentivo básico pode ser expandido quando entradas de campo e saídas paralelas devem ser consideradas.

Descrição do processo O processo envolve a evacuação do equipamento por uma bomba, que pode estar sob uma pressão maior do que a especificação da caixa da bomba. A bomba de vácuo tem dois níveis de proteção:

1. proteção principal fornecida pela PSV

2. proteção secundária dada pela PSL, que evita a operação desnecessária da PSV.

O circuito retentivo da válvula de bloqueio tem uma entrada permissiva da PSL, após um atraso de tempo, para evitar ação devida a sinais espúrios. O circuito retentivo da bomba de vácuo tem uma saída paralela para a válvula solenóide de água de selo. A lógica da figura é positiva. A PSL coloca um sinal positivo (lógica 1) quando a pressão da linha estiver abaixo de determinada pressão (1 psig). As botoeiras PARADA tem saídas positivas somente quando pressionadas. Seu estado normal é uma lógica 0. Não importa se os contatos são normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF), pois isso poderia distrair o projetista cujo problema é conceituar a lógica de controle do processo. Como a válvula de bloqueio falha fechada (ar-para-abrir), um sinal positivo a abre. Um sinal positivo inicializa o motor da bomba de vácuo e abre a válvula solenóide de falha fechada. O exemplo também mostra como as lâmpadas piloto podem ser representadas como uma interface do operador. As botoeiras também pertencem à interface de operação.

HMS 501

HMS

OR

A

PAIN

EL

LÓGI

CA

CA

MP

NOT

Page 72: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

72

Fig. 7.14. Funções de campo

PA

INE

L

LÓG

ICA

C

AM

PO

T

OR

A

HMS 504

HMS 503

PLL 108

ZLL 220

YL 402

PSL 108

YV 322

<1 psig

ZSL 220

PSV 109

OR

A

HMS 506

HMS 505

S

NOT NOT

Page 73: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

73

Reator Químico de Batelada

Processo 1. Um reator tanque agitado e

jaquetado deve ter X m3 de ingrediente A adicionado. Depois ele deve ser cheio até um volume definido por LSH 2 com o ingrediente B.

2. Assim que o volume medido é estabelecido, o agitador é inicializado e começa a seqüência de aquecimento.

3. A seqüência de aquecimento deve seguir o perfil de temperatura da Fig. 7.9.

4. A seqüência envolve duas rampas ascendentes de temperatura com diferentes inclinações, dois períodos constantes e uma rampa descendente.

5. No fim da rampa descendente, o agitador é desligado e o tanque é drenado.

Interface do operador A interface do operador é

principalmente constituída de botoeiras, chaves seletoras, lâmpadas piloto e buzinas. O operador pode controlar manualmente cada etapa com algumas restrições e pode também inicializar uma seqüência completamente automática.

Lógica Descrição 1 Verificar se tanque está vazio

Verificar se saída do reator-tanque está fechada Verificar que a válvula de B está fechada Encher reator-tanque com X m3 de A

2 Verificar se a saída do reator-tanque está fechada Verificar se a válvula de A está fechada Adicionar B até o nível de LSH 2

3 Ligar agitador Ir para o procedimento de rampa de temperatura

4 Seguir o perfil de temperatura estabelecido 5 Depois de terminar o ciclo de temperatura,

desligar o agitador Esvaziar o reator-tanque, garantindo que válvulas de enchimento estejam fechadas Circular água fria através da jaqueta durante a fase de esvaziamento

Descrição lógica Assim que a descrição narrativa tenha

sido escrita, a próxima etapa é fazer diretamente o esquema lógico. O que se segue não é necessário para o projeto. É uma descrição dirigida para quem não está acostumado com diagramas lógicos.

A descrição está na Fig. 7.16.

Enchimento Um circuito de contato retentivo padrão

é usado quando uma chave PARADA/RESET dá permissão a todas as portas AND (HMS 2A, HMS 2B).

Para permitir o sistema funcionar como um todo, a chave RESET deve ser apertada.

Apertando a botoeira PARADA, desligam-se todas as portas AND e faz o sistema ir para sua condição de falha segura.

Uma restrição deve ser adicionada à seqüência de enchimento: nível muito alto deve parar o enchimento. Isto é conseguido através de um sinal do LSHH 3, que aciona outro circuito retentivo que deve ser resetado por HMS 6, depois que a condição de nível alto tenha sido corrigida. Uma saída deste circuito retentivo fecha ou evita a abertura das válvulas de enchimento, quando elas estiverem no modo automático ou manual. A saída pode também acionar uma buzina e acender uma lâmpada piloto. A buzina pode ser silenciada pelo botão CONHECIMENTO (ACKNOWLEDGEMENT), HMS 7, através de seu circuito retentivo mas a lâmpada permanece acesa, até que a botoeira RESET, HMS 6, tenha sido apertada.

As válvulas de enchimento YV 1A e YV 1B podem ser abertas manualmente, colocando-se a chave seletora HS 3, MANUAL-DESLIGADA-AUTOMÁTICA na posição MANUAL. A única restrição é que LSHH 3 não pode estar atuada. Estas chaves seletoras estão normalmente na posição AUTO, bem como a chave seletora do agitador, HS8.

No modo automático, o operador precisa apenas apertar a botoeira PARTIDA, HMS 5. As condições a serem seguidas para este comando estão estabelecidas pelas entradas da porta AND abaixo de HMS 5:

Page 74: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

74

1. YV 1C deve estar fechada (ZSL 3 atuada)

2. YV 1B deve estar fechada (ZSL 2 atuada)

3. a botoeira de reset manual da chave do contador de vazão, QS1, deve ser pressionada

4. o reator deve estar vazio (LSL 1 atuada)

Se todas estas condições estiverem satisfeitas, há um sinal de saída e duas das condições são imediatamente bypassadas:

1. a atuação da botoeira PARTIDA 2. a exigência que o reator esteja vazio A saída da porta AND vai para outra

porta AND debaixo da posição AUTO da chave HS 3. Como o seletor está em AUTO, a válvula YV 1A irá abrir (sem nível muito alto).

FQ1 começa a medir a quantidade requerida do material de alimentação para o reator. Quando FQS 1 tripa, uma permissão é removida da porta AND do circuito de partida. A porta é desabilitada, que desabilita a primeira porta no circuito YV 1A e faz a válvula fechar.

O próximo passo na seqüência automática é a abertura da válvula YV 1B. As exigências para sua abertura podem ser vistas das entradas para a porta AND alimentando a porta debaixo da posição AUTO de HS 4. Esta porta requer

1. LSH 2 atuada 2. ZSL 1 confirme fechamento de

YV 1A 3. ZSL 3 prove o fechamento de

YV 1C 4. FQS 1 esteja em zero (sinal em

zero e invertido) Se todas estas condições são satisfeitas

no tempo zero, é necessário adicionar uma condição que confirme a execução da etapa anterior. Esta ultima permissão vem de uma porta que é atuada quando

1. YV 1A é comandada para abrir, 2. o medidor de vazão FQ1 está

operando, 3. o nível não está alto Um circuito retentivo retém as duas

primeiras condições e fornece a lógica correta para a porta anterior. A lógica causa o fechamento de YV 1A ser o gatilho que abre YV 1B.

LHS 2 fornece o sinal que fecha YV 1B e reseta a lógica mencionada acima, terminando o ciclo de enchimento.

Agitador O próximo passo na seqüência é ligar o

agitador. No modo automático, isto ocorre quando o sinal de LSH 2 habilita a porta AND abaixo da posição AUTO da seletora HS 8. Como nenhum sinal OFF está sendo recebido do gerador de rampa, todas as permissões estão presentes e a porta está habilitada. A saída passa através da porta OR e faz duas coisas:

1. inicializa um temporizador de 10 s

2. parte o motor, desde que ele não esteja no estado de sobrecarregado

Se o motor não partir dentro do período de 10 segundos, a saída do temporizador habilita outra porta AND e anuncia a condição de falha através da buzina e da lâmpada piloto.

O agitador será desligado quando o sinal OFF do gerador de rampa ficar ativo.

A seqüência deste procedimento pode ser seguida na Fig. 7.9.

HS 9 inicializa esta fase quando na posição MANUAL e fornece uma permissão para a primeira porta AND quando em AUTO. Uma segunda entrada vem do sinal RUN do agitador. A outra entrada da porta AND vem de LSH 2 e é bypassada por um circuito retentivo para evitar paradas falsas quando o agitador parte e a superfície do líquido se torna agitada.

Como não é permitido o aquecimento sem agitação do reator, o sinal RUN do agitador também fornece uma permissão para a porta AND da posição MANUAL.

As saídas das duas portas AND passam para a porta OR e vão para os solenóides, que mantém as válvulas de aquecimento e resfriamento em suas posições de falha, sendo energizadas. As válvulas do sistema de faixa dividida (split range) de aquecimento e resfriamento seguem agora a saída de TIC 2 (que possui proteção contra saturação do modo integral). Ao mesmo tempo, o gerador de rampa X1C 1 recebe um sinal que o obriga a seguir sua rampa de temperatura.

Page 75: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

75

O único conhecimento necessário do gerador de rampa é que

1. tal dispositivo existe, 2. ele possui entradas binárias para

governar as inclinações e sentidos da rampa e do patamar

3. ele possui saída analógica 4. geralmente é montado no painel 5. pode ser realizado por instrumento,

software ou firmware de sistemas O sinal binário marcado RAMP 1 faz a

saída do gerador de rampa aumentar em uma taxa definida pela primeira parte do perfil de temperatura da Fig. 7.9. Quando se atinge o primeiro ponto do patamar, a chave XS 1A inicializa o primeiro período de patamar através do temporizador T1. Isto é feito através de um AND que se habilita somente quando o temporizador for inicializado mas ainda não terminou o tempo ajustado. Quando o temporizador acaba o tempo, o HOLD é removido pela porta NOT e é dado o comando para a RAMP 2.

O comando RAMP 2 causa uma seqüência similar de eventos, embora a inclinação da rampa seja diferente. O segundo patamar é atingido quando XS 1B aciona o comando HOLD e governa sua duração através de T2. Quando o temporizador T2 expira, o comando RAMP 3 faz a porção negativa do perfil de temperatura ser seguido, baixando até atingir o valor ajustado por XS 1C.

O objetivo do temporizador T3 é o de inibir o sinal OFF de XS 1C, que ocorre no começo de cada ciclo. Ele deve desligar o agitador somente durante a rampa descendente. Quando o agitador é desligado, os sinais de permissão para as portas PARTIDA PROCEDIMENTO são removidos, as solenóides são desenergizadas de modo que o fluido de resfriamento circula na jaqueta e o comando HOLD é enviado para o gerador de rampa através do sinal RAMP 1 invertido.

As combinações AND-NOT-OR presentes em cada comando RAMP garantem que apenas um sinal está presente, em determinado momento. Elas também inibem estes sinais durante os períodos de HOLD.

Esvaziamento

A próxima fase é o esvaziamento do reator. Pode-se ver da lógica abaixo de HS 10 que o reator pode ser esvaziado completamente quando HS 10 estiver na posição MANUAL. Quando em AUTO, o esvaziamento depende de:

1. válvulas de entrada fechadas 2. sinal OFF enviado para o agitador

no final da fase PROCEDIMENTO 3. LSL 1 não atuado O sinal OFF do agitador da lógica do

gerador de rampa inicializa a fase de esvaziamento e o sinal de LSL 1 (quando o nível baixo do reator é atingido) o termina.

Todas as condições lógicas são agora resetadas pelos comandos do operador para recomeçar nova batelada.

Fig. 7.15. Perfil do ciclo de temperatura

Tem

pera

tura

Tempo

RAMP 3

HOLD

RAMP 2

HOLD

RAMP 1

Page 76: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

76

Fig. 7.16. Seqüência de enchimento do vaso

Page 77: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

77

Fig. 7.17. Seqüência do procedimento

Page 78: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

78

Desenhos e Palavras

O provérbio chinês diz que uma figura vale mais que mil palavras. Isto se aplica literalmente na simbologia lógica de sistemas de controle e intertravamento. Usam-se alguns milhares de palavras para descrever um processo relativamente simples. Depois que certas convenções simbólicas tenham sido acordadas, a mesma quantidade de informação pode ser representada de um modo não ambíguo pelo uso de algumas poucas figuras geométricas simples. Esta simplicidade e concisão constituem a beleza e a força do simbolismo lógico binário.

Embora nos próximos exemplos o valor do simbolismo lógico como uma ferramenta do processo de conceitualização seja reforçado, sua utilidade não termina aí. Uma vez as convenções tenham sido estabelecidas e aceitas, a lógica é muito objetiva e exata. Diferente das descrições com palavras, os esquemas lógicos não são abertos à interpretação; o que se vê é o que se tem. Os esquemas podem ser feitos por mais de uma pessoa, podem ser checados, discutidos, revisados, aprovados, melhorados e usados para fins de checkout e pesquisa de defeitos (troubleshooting). Eles também são uma excelente ferramenta de instrução.

Cartas de função para controle

Introdução O Comitê Técnico IEC #3, Subcomitê

3B: Documentação, publicou um método de descrever a função e o comportamento dos sistemas de controle que contenham o projeto conceitual e a descrição da seqüência lógica (IEC Pub. 848-1988). O método pode também ser combinado diretamente com a lógica combinatória usual para formar uma poderosa ferramenta de projeto.

Cartas funcionais são constituídas de passos, elos dirigidos e transições (Fig. 7.18). O passo descreve um estado permanente (às vezes, momentânea) de um processo seqüencial. O elo dirigido mostra a direção do fluxo da lógica. A transição é usada para mostrar a mudança condicional entre estados permanentes.

Ações, estados e comandos da lógica são associados com passos. Condições ou comandos para a lógica são associados com transições (Fig. 7.19). Comandos ou ações são qualificados pelas letras símbolo S (stored – armazenado), D (delayed – atrasado), L (limited – limitado em tempo) e P (pulsed – pulsado, menor que limitado). As letras podem ser combinadas (Fig. 7.20). Comandos ou ações podem ser condicionais (letra C, Fig. 7.21).

Condições transitórias podem ser representadas por afirmações textuais, expressões booleanas ou símbolos gráficos (Fig. 7.22).

Uma poderosa capacidade destas cartas de função é que elas podem representar caminhos lógicos paralelos, seleção de seqüência exclusiva (Fig. 7.23) ou seleção de seqüência inclusive (Fig.7.24). Na Fig. 7.23 a exclusividade é mostrada pela lógica booleana nas transições. Na Fig. 7.24 a simultaneidade é mostrada pelas linhas duplas, especialmente as mais baixas. Neste caso, a transição c não é habilitada até que os passos 09 e 10 sejam ativados ao mesmo tempo. Assim, e somente assim, a transição pode ser terminada.

Page 79: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

79

Fig. 7.7. Passos, elos dirigidos e transições Fig. 7.19. Comandos para e da lógica

01

02

03

a

b

Elo dirigido

Transição

Passos subsequente

Passo inicial

HMS 102

01

02

03

HMS 101

Partir bomba

Esperar

Parar bomba

Page 80: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

80

Fig. 7.20. Combinações de comandos ou ações

18 Status continua somente para a duração do passo 18

Condição d

Comando A

Começa e contínua B

20 D Comando C

D = 5 s Comando C, dados 5 s no passo 20, removido ao final do passo 20

21 L Comando D

L = 8 s Comando D, dado somente para primeiros 8 s do passo 21

22 DS Comando E

D = 5 s Comando E é atrasado 5 s e armazenado. Se ocorrer transição antes 5 s, comando não será ativado

23 SD Comando F

D = 5 s Comando F é primeiro armazenado e depois atrasado. Se a transição h ocorrer, o comando ainda será executado

19

Condição c

S Partida da ação B

c

d

e

f

g

h

Page 81: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

81

Fig. 7.21. Comandos condicionais

Ação equivalente ocorre somente quando d estiver presente

24 SC Ação B

se d

24 SC Ação B

se d

d

24 SC Ação

d

Ação começa com d mas depois permanece

Page 82: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

82

Fig. 7.22. Condições transitórias

HMS 102

HMS 101

Partida

Condições transitórias podem ser representadas por declarações textuais, expressões booleanas ou símbolos gráficos

01

02 S Ligar motor

Parada

01

02

03

P > 250 kPa

SC Ligar bomba óleo lubrificante

SC Partir motor

Partida • Condições • Outras

Page 83: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

83

Fig. 7.23. Caminhos paralelos: seleção de seqüência exclusiva

01

03

02

04

cba cba cba

Page 84: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

84

Fig. 7.24. Caminhos paralelos: seleção de seqüência inclusiva

08

09

10

11

07

A linha dupla indica simultaneidade. Os dois sinais devem estar presentes antes de acontecer a transição c. Somente então pode ser terminada.

Page 85: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

85

Documentos de execução O objetivo de um diagrama lógico

conceitual é para resolver o problema de como controlar um processo; o objetivo de um diagrama lógico de execução é para realizar a solução. A lógica conceitual já foi discutida, a lógica de execução será vista agora.

Um documento lógico de execução é qualquer documento tomado como ferramenta para ter as instruções realizadas, por outros projetistas ou engenheiros ou programadores. Exemplo de documento de execução é a norma ANSI/ISA S5.2, Diagramas Lógicos para Operações de Processo, pois ele trata apenas de entradas, saídas e lógica. Ele é removido do processo, pois nenhum processo é esquematizado.

A normas ANSI/IEEE STD 91 (1984): Graphic Symbols for Logic Diagrams é outro exemplo de documento de execução.

Como este trabalho é orientado para aplicação de processo, ele assume que o grau de detalhe presente em ANSI/ISA S5.2 é mais do que adequado para projetistas e engenheiros de aplicação. O pessoal orientado para aplicação precisa entender o processo e as funções de caixas pretas aplicadas ao problema do controle de processo, eles não precisam abrir as caixas pretas.

ANSI/ISA S5.2: Diagrama lógico binário para operações de processo

Esta norma tem o objetivo de fornecer um método de diagramação lógica de sistemas de intertravamento binário e sequenciamento para a partida, operação, alarme e desligamento de equipamento e processos na indústria química, petroquímica, refino de metal e outras indústrias. A norma pretende facilitar o entendimento das operações binárias e melhorar as comunicações entre técnicos, gerentes, projetistas, operadores e pessoal de manutenção ligados ao sistema.

Entre a documentação conceitual e a de execução, o pessoal de gerenciamento e operação acha maior utilidade na conceitual do que na de execução, pois a ligação com o processo é mais explícita.

As diferenças básicas entre os diagramas de conceituação e de execução são:

1. O diagrama conceitual tem uma orientação vertical, pois o processo é usualmente visto operando horizontalmente e as linhas de sinal são melhor mostradas perpendiculares ao processo. O diagrama de execução geralmente tem orientação horizontal, quase como um diagrama ladder (escada) e possivelmente porque a lógica é seguida seqüencialmente sem muita ligação com o processo.

2. O desenho conceitual é melhor desenhado em tamanho grande, enquanto o desenho lógico de execução é feito em folhas de tamanho A4 ou carga. O formato grande ajuda a visualizacao de todo o panorama, o formato pequeno é melhor de ser manuseado e na lógica não há interesse em se ver o processo global.

3. As portas lógicas são mais fáceis de desenhar. Como a lógica é desenhada usualmente na forma de esquemas à mão livre, é importante que haja um mínimo de linhas, símbolos e letras usadas.

Diagrama lógico Antes de se desenvolver um diagrama

lógico, deve se ter um diagrama de fluxo. A Fig. 7.4. é um diagrama de fluxo de processo. Deve se ter também uma breve descrição narrativa, ponto por ponto, do objetivo do projetista. Então segue se o diagrama lógico. A Fig. 7.15 é um diagrama lógico associado com o diagrama de fluxo da Fig. 7.14.

O diagrama mostra muitos símbolos binários lógicos para operação do processo. Os símbolos de função de entrada e saída são os balões e bandeiroladas dos instrumentos da norma ANSI/ISA S 5.1. As declarações de entradas e saída são interpostas entre os balões ou bandeirolas e as setas de continuação e a lógica levam de um desenho lógico para outro. A lógica flui da esquerda para a direita. As setas usados

Page 86: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

86

somente onde necessário para melhor entendimento do fluxo de sinal.

Fig. 7.25 Exemplo de diagrama de fluxo Aqui estão os principais pontos

referentes à apresentação lógica como mostrado na Fig. 7.26. 1. Os desenhos são mais fáceis de seguir

se todas as entradas são mostradas na esquerda e todas as saídas na direita. As funções lógicas são mostradas no meio.

2. Embora as chaves de posição ZSH e ZSL sejam atuadas pelas válvulas HV1 e HV2, as chaves estão na entrada para a lógica e as válvulas estão na saída. Elas podem ser ligadas fisicamente, mas na lógica as chaves são desenhadas na esquerda como entradas e as válvulas são desenhadas na direita, como saídas.

3. As chaves NOT devem ser um pouco menores em relação aos balões de instrumentos ou de equipamentos. Não há necessidade de parar a linha lógica em qualquer lado das portas. Na prática, a linha é desenhada e o círculo é desenhado em cima.

4. As botoeiras PARTIDA e PARADA possuem o mesmo tag número, porém elas tem funções totalmente diferentes e devem ser diferenciadas. Se é

desejável manter o mesmo número básico porque elas podem estar na mesma caixa, pode se usar um número ou letra como sufixo. Mesmo isto não é absolutamente necessário, porém, desde que a chave pode ser identificada com números diferentes separados por /.

5. Às vezes, é tentador manter o conceito de malhas (HS1, HV1, ZSH1). Isto é geralmente inútil, pois, na prática, é raramente possível ser mantido. Além disso é errado pois ANSI/ISA S5.1 requer um novo número de malha para cada nova variável medida ou inicializada. Somente se a malha da variável H e a malha da variável Z forem as duas primeiras malha para usar estas letras e se ter correspondência.

6. A maioria dos sistema de complexidade moderada não tem uma relação biunívoca entre funções de entrada e saída. Quando eles tem, eles seriam sistemas manuais. É melhor encarar a complexidade na saída e dar ao sistema lógica a designação YIC (ou YC). O sistema é, antes de tudo, um controlador de evento. Os elementos de saída similares devem ter sufixos numéricos ou alfabéticos.

7. Embora a lógica seja muito abstrata, as ligações dela devem ser concretas. A Fig. 7.14 mostra somente uma única saída física para uma válvula solenóide de três vias. A ligação para a lógica deve refletir isto. Não há função de saída para válvula fechada. Para fechar a válvula, o sinal abrir válvula é removido. São necessárias duas saídas somente quando houver duas solenóides.

Como o diagrama lógico é documento de execução, é preferível usar a identificação dos equipamentos ligados (i.e., válvulas solenóides, não as válvulas de linha) e observar os modos de falha dos equipamentos ligados.

Page 87: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

87

Fig. 7.26. Diagrama lógico típico Recomenda-se observar os modos de

falha segura. Não é aconselhável se ter válvula de enchimento com falha aberta, porque é improvável. Também não se deve usar nível lógico alto para desenergizar solenóides pois isto é confuso.

Elementos lógicos A Fig. 7.16 dá símbolos e funções de

funções lógicas básicas. Aqui estão mais algumas recomendações úteis para um bom projeto.

Geral Não usar palavras quando símbolos e

identificadores estiverem disponíveis. Quando usar palavras, fazê-lo do modo mais conciso possível. Mesmo quando o número de tag não for disponível, a parte do identificador deve ser usada para evitar uma descrição narrativa.

Função entrada Se as linhas lógicas forem diretamente

a uma saída chamada de Partida da Esteira, então as palavras devem ser

omitidas, especialmente se HS é substituída por HMS (chave manual momentânea ou botoeira). Se não, então as palavras Partida da Esteira (uma sobre a outra) economizam espaço horizontal e, junto com HMS, contem toda a informação necessária sem redundância.

Função saída Quando houver uma escolha entre

palavras e símbolos, escolher símbolos ou uma combinação de símbolos com um breve estado da saída. Há um impacto muito maior no reconhecimento de paradigmas quando se escolhe esta alternativa

A primeira letra (H) deve ser usada somente se há uma ligação direta com uma chave manual. Se não, é recomendável tratar a lógica como um sistema e usar Y para evento ou K para tempo, dependendo se a lógica é orientada para evento ou para tempo. Nestes casos, todas as saídas devem ter o mesmo número de malha e sufixos diferentes.

Função AND As palavras nas entradas e saída

simplesmente ajudam a ligar o símbolo à definição. Lógica é a arte de fazer identificações não contraditórias, não importa se com tanques, válvulas ou bombas.

As duas entradas projetam mais informação de modo mais específico se forem usados balões com os identificadores funcionais LSH e ZSH. Quando for necessário identificar equipamentos (tanques, válvulas ou bombas), deve se usar os identificadores T-1, HV-2 e P-3, se existirem. Se não, deve-se usar palavras especificas, tais como tanque de mistura, bomba de sucção de óleo, válvula da descarga do compressor.

A saída é também não específica. Quando se sabe que um relé específico é atuado para partir a bomba, então um balão com o tag número do relé deve ser usado, p. ex., YY6.

Função OR Muitas pessoas se sentem

desconfortáveis se uma saída positiva tem de ocorrer para desligar uma máquina. Na ausência de um comando positivo, o

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Simbolismo do Controle Lógico

88

conceito de falha segura requer que a máquina pare. A saída é invertida usando uma porta NOT e as palavras Permissão Operação Compressor em vez de Parar Compressor.

Função OR Qualificado O OR qualificado não é muito

necessário, mas é requerido quando se necessita de lógica complicada. A mesmas sugestões feitas acima com relação à identificação de equipamentos de entrada e saída são aplicadas. Também deve ser sentido o mesmo modo de falha segura. Se uma reação exotérmica ocorre, perdendo-se o controle (sistema run away), é melhor mostrar uma lógica positiva para manter a reação ocorrendo. A falha da lógica deve parar a reação.

Função Memória A combinação do simbolismo e

identificação da norma ANSI ISA S5.1 com os identificadores específicos de equipamento permite um resultado conciso. A aplicação de uma situação real de processo exemplifica o princípio que não se deve se tornar muito abstrato para se perder o senso da realidade. Considerações acerca de modos de falha do vent do tanque e da permissão de partida da bomba requerem que o vent falhe e a permissão também falhe.

Originalmente, a norma fala das opções relacionadas com perda, manutenção e independência da perda da alimentação principal. Atualmente estes conceitos são facilmente implementados com as novas tecnologias eletrônicas que permitem memória permanente na ausência da alimentação.

Quando se analisa a segura de um sistema e os modos de falha, deve se tomar todo o panorama e não se restringir apenas à lógica. A potência pode falhar em qualquer ponto – entrada, saída, motor, pneumática, elétrica – e cada uma delas deve ser considerada.

Elementos temporizados A norma ANSI ISA S5.2 apresenta os

elementos de tempo, que são basicamente três:

1. Inicialização atrasada da saída (DI) 2. Terminação atrasada da saída (DT) 3. Saída pulsada (PO)

Page 89: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

89

Função Símbolo Exemplo

(1) Entrada

A posição partida de uma chave manual HS-1 é atuada para fornecer uma entrada para ligar uma esteira.

(2) Saída

Uma saída de seqüência lógica comanda a válvula HV-2 para abrir

(3) AND

A saída lógica D existe se e somente todas as entradas lógicas A, B e C existirem

Operar bomba se 1. nível do tanque estiver alto e 2. válvula de descarga aberta

(4) OR

Saída lógica D existe se e somente se uma ou mais das entradas lógicas A, B e C existir

Não permitir operação do compressor se

1. pressão água resfriamento for baixa 2. temperatura do mancal for alta

Fig. 7.27. Símbolos lógicos ISA

Estado da entrada

Número do instrumento ou do equipamento de inicialização, se conhecido

Partir esteira HS1

Estado da saída

Abrir VálvulaHV

2

DC B A

A

C B A

DOR Permissão do Compressor C-7 operar

OR

Partir bomba P-5

Nível alto T-3

A

Número do Instrumento ou do equipamento operado, se conhecido

LSH 5

ZSH 4

HV-3 aberta

PSL 14

TSH 17

Pressão baixa água Temper. alta

Page 90: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

90

Função Símbolo Exemplo

(5) OR Qualificado

* Detalhes internos representam quantidades numéricas (ver abaixo)

Saída lógica D existe se e somente se um número especificado de entradas lógicas A, B e C existirem.

Os seguintes símbolos matemáticos podem ser usados, quando apropriado:

a. = igual a b. ≠ não igual a c. < menor que d. > maior que e < não menor que f > não maior que g ≤ menor ou igual a (como f) h ≥ maior ou igual a (como e)

Exemplo 1 Operar misturador se dois e somente

duas caixas estiverem em serviço

Exemplo 2 Parar reator se pelo menos dois

dispositivos de segurança solicitarem a parada

Exemplo 3 Fazer alimentação se, no mínimo um

e não mais que 2 moedores estiver em serviço.

Fig. 7.28. Símbolos lógicos ISA (continuação)

C B A

D*

Dispositivo 2 atuado Dispositivo 3 atuado

Dispositivo 1 atuado

Parar Reação <2

Dispositivo 4 atuado Dispositivo 5 atuado

Caixa 2 em serviço Caixa 3 em serviço

Caixa 4 em serviço

Operar Misturador

Caixa 1 em serviço

=2

Moinho 3 em serviço

Moinho 1 em serviço Operar Alimentador

≥1 >2

Moinho 2 em serviço

Page 91: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

91

Função Símbolo Exemplo

(6) NOT

Saída lógica B existe se e somente se a entrada A não existir.

Fechar válvula HV-7 quando nível do

tanque T-3 não estiver alto e a bomba P-4 não estiver operando

Alternativa de lógica

Fig. 7.29. Símbolos lógicos ISA (continuação) Nota Tabela verdade para mostrar equivalência

Entradas Saída

Caso 1 Caso 2 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1

Uma lógica 1 implica a existência de uma entrada ou saída e uma lógica 0 é a ausência

de um sinal.

Função NOT A função NOT mostra a equivalência entre uma porta AND com portas NOT em suas

entradas e uma porta OR com um único NOT em sua saída.

B A B

Nível T-3 alto

Fechar válvula

LSH 12

P-3 operando

YSH 1

A HV 7

Nível T-3 alto

Fechar válvula

LSH 12

P-3 operando

YSH 1

OR HV 7

HV 7

HV 7

HV 7

Page 92: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

92

Função Símbolo Exemplo

(7) Memória (Flip flop)

*A saída D não precisa ser mostrada, quando não usada

Opção de superposição de entrada

Se as entradas A e B existirem simultaneamente e se é desejado ter A superpondo B, então S deve ser envolvida em um circulo S .Se B é para superpor A, então R deve ser envolvido por um circulo. R

Note que a entrada B se sobrepõe à entrada A

S representa set da memória R representa reset da memória A saída lógica C existe tão logo

exista a entrada A. C contínua a existir, independente do estado subseqüente de A, até ser resetada pela entrada lógica B. C permanece terminado, independente do estado subseqüente de B, até que a lógica seja resetada por A.

A saída lógica D, se usada, existe quando C não existe e D não existe quando C existe.

Exemplo Se pressão do tanque T-16 fica alta,

abrir o tanque PV-38 para a atmosfera (vent) e continuar ventando independente da pressão, até que a válvula seja fechada por HS-3, desde que a pressão não seja alta. Quando o vent for desligado, a bomba P-7 deve ser ligada.

Fig. 7.30. Símbolos lógicos ISA de memória Tabela verdade mostrando a necessidade de override:

Entradas Saídas A B C D 1 1 * * 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 ** ** 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 ** **

* Indefinido ** Determinado pelo último sinal de entrada

D*C

CB

A S R

DC

CB

A S R

Partir P-7 S R Abrir

válvula PV 38

Reset sistema

Pressão alta T-16

PSH 38

HS 3

Page 93: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

93

Símbolo Definição Exemplo

A saída lógica B existe com uma relação de tempo para a entrada lógica A. Esta relação de tempo pode assumir várias lógicas.

Inicialização atrasada da saída (Delay Iniciation)

A existência contínua da entrada lógica A durante o tempo t faz a saída B existir quando t expira. B termina quando A termina

Se a temperatura do reator exceder um determinado valor, continuamente durante 10 segundos, bloquear a vazão do catalisador. Recomeçar a vazão, quando a temperatura não exceder este valor.

Terminação atrasada da saída (Delay Termination )

A existência contínua da entrada lógica A faz a saída B existir imediatamente. B termina quando A terminar e não tem ainda existido durante um tempo t.

Se a pressão do sistema cai abaixo de um limite de baixa, operar o compressor ainda. Parar o compressor quando a pressão ficar abaixo do limite continuamente por 1 minuto.

Saída de pulso

A existência da entrada lógica A, independe de seu estado subsequente, faz a saída B existir imediatamente. B existe durante um tempo t e depois termina.

Se a purga do vaso falha por um período de tempo, operar a bomba de vácuo por 3 minutos e depois parar a bomba.

Fig. 7.31. Símbolos lógicos ISA temporizados

B A B *

B A B DI t

B A B DT

Pressão baixa Operar compressor

DT 60 s

B A B PO t

Purga falha Operar bomba vácuo

PO 3 min

Temperatura alta reator

Boquear vazão do catalisador

DI 10 s

Page 94: Documentacao sobre instrumentacao

Simbolismo do Controle Lógico

94

Conclusão

O engenheiro de sistema de controle necessita tratar da lógica binária. Binário significa possuir apenas um de dois estados possíveis: ligado ou desligado, 1 ou 0. Um sistema lógico sempre apresenta o mesmo conjunto de saídas para o mesmo conjunto de entradas, embora as respostas de saída possam ser modificadas por algum programa interno.

Geralmente a lógica binária é realizada através de relés eletromecânicos ou eletrônicos e atualmente através de Controlador Lógico Programável, sistema que substitui os relés com vantagens. O mesmo diagrama ladder pode ser usado para programar os dois tipos de lógica.

O diagrama lógico binário simplifica e generaliza o simbolismo lógico, além de reduzir o tamanho da dependência do equipamento.

As duas principais fases de realizar um sistema de controle operável são:

1. conceituação 2. execução. A fase de conceituação é independente do equipamento e a fase

de execução pode depender do equipamento escolhido para realizar o esquema de controle.

Também, os dois principais tipos de documentação são associados com as duas fases. O documento conceitual tenta representar um esquema de controle abstrato. Seu objetivo é o de ajudar o projetista e a todos que precisam ver o quadro panorâmico, a conceber o esquema necessário para controlar o processo. O documento de execução tem o objetivo de instruir os especialistas como desenvolver especificamente um esquema lógico que já foi definido abstratamente.

O documento conceitual mostra as partes essenciais do processo e a interface do operador. O documento de execução mostra simplesmente as entradas e as saídas. O diagrama ladder é um dos documentos de execução.

Uma boa prática inclui aspectos lógicos e estéticos. Na diagramação lógica fica mais evidente o provérbio chinês que

estabelece que uma figura vale mais que mil palavras.

Apostilas\Documentação Documentação2.doc 08 JUN 98

Page 95: Documentacao sobre instrumentacao

95

8

Diagramas de Malha

Introdução

Alguns técnicos (geralmente da área de projeto) questionam os méritos dos diagramas de malha, negando sua utilidade, argumentando que a informação contida neles poderia ser encontrada em outros documentos, como nos diagramas de fluxo de engenharia e nos diagramas de fiação.

A grande importância dos Diagramas de Malha é para o pessoal de manutenção, que necessita de uma descrição pictural, rápida, conveniente e exata do que especificamente uma malha contém. Na realidade, o pessoal de manutenção geralmente quer mais detalhes no diagrama de malha do que o projetista pensa ser necessário.

O objetivo do Diagrama de Malha é mostrar todos os detalhes de uma malha de instrumento que o técnico de instrumento de campo requer para verificar e fazer pesquisa de defeito (troubleshooting) na malha. O diagrama de malha é tão considerado um documento de manutenção que muitas companhias insistem em colocar os dados de calibração nele. Esta prática vai contra a regra de não colocar uma pedaço de informação em mais de um lugar. Os dados de calibração devem ser colocados na folha de dados do instrumento.

Embora sejam parecidos, o diagrama de malha não é o diagrama de fiação. O diagrama de malha mostra ao instrumentista todas as interligações de uma malha de um modo claro e simples.

O diagrama de fiação é útil para o instrumentista que precisa saber em que terminal ligar determinado cabo elétrico.

O diagrama de malha não é usado para instalação, mas pode ser usado para verificar a instalação. Ele pode ser a base para desenvolver os desenhos e listas de cabeamento.

O diagrama de malha é uma forma de diagrama de blocos que mostra os locais gerais dos instrumentos: painel, console, sala de controle, painel cego e campo. Os instrumentos são identificados por tag número e os fios e tubos de interligação são identificados especificamente como terminais e pontos de terminação.

O diagrama de malha só pode ser completado após a escolha dos instrumentos, usualmente depois do recebimento dos dados do vendedor. Por isso ele não é um documento conceitual de projeto, mas um registro do que foi realmente projetado.

O diagrama de malha mostra somente os instrumentos principais na malha e não mostra o processo.

Uma folha de legenda deve acompanhar o diagrama de malha. Não é necessário inventar nenhum símbolo novo de instrumentação ou de elétrica.

Geralmente, os diagramas de malha são repetitivos e parecidos entre si, o que é muito bom quando se usa computador para fazer os desenhos.

Page 96: Documentacao sobre instrumentacao

96

Conteúdo do Diagrama de Malha

O titulo deve ser descritivo, porém simples. Notas suplementares podem ser adicionadas para descrever somente o que não evidente dos símbolos. Superposições, intertravamentos, pontos de ajuste automáticos (cascateados), desligamento e circuitos de desligamento (shutdown) podem requerer breves notas.

Devem ser fornecidos os números dos terminais, identificação da fiação e tubos por número e cor, se necessário. As caixas de passagem e terminais devem ser identificadas.

Onde houver mudança na continuidade do circuito (qualquer tipo de terminação), deve haver um símbolo de identificação que ajude na verificação e pesquisa de defeitos. Os locais são normalmente mostrados dividindo-se o desenho em seções, p. ex., sala de controle, painel cego e campo.

As fontes de alimentação elétrica e pneumática devem ser identificadas especificamente. O nível de potência e número de circuitos são informações úteis.

Não conteúdo do diagrama de malha

Porém não deve aparecer no diagrama de malha: 1. Outras referências de desenho a não

ser as de continuação de desenho (esta informação deve estar no Índice de Instrumentos)

2. Informação de localização (já está no diagrama de localização)

3. Informação do fabricante (está nas folhas de dados)

4. Informação de calibração (está nas folhas de dados)

Deve-se sempre evitar a tendência de querer colocar as informações acima no diagrama de malha, pois estas informações devem estar contidas em outros documentos e é desastroso quando se faz a revisão de uma

informação em um documento e não o faz em outro.

Folha de Legenda

Como sempre, uma folha de legenda deve acompanhar um conjunto de diagramas de malha. A folhe de legenda serve como uma referência rápida e define as exceções da norma ou os casos especiais.

A Fig. 8.1 é um exemplo de uma folha de legenda para diagramas de malha. Ela não é completa e pode ser expandida com as especificações de cada conjunto de diagramas de malha que ela representa.

Uma definição importante que deve estar na folha de legenda se refere aos símbolos de linhas. Alguns projetistas preferem seguir rigorosamente a norma ISA S5.1, colocando as linhas elétricas pontilhadas. Outros usam linhas contínuas, que são mais fáceis de desenhar e seguir, desde que já está subentendido que todas as linhas são elétricas.

Page 97: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

97

Fig. 8.1. Diagrama de malha de instrumentos, folha de legenda

Fontes de alimentação

XXX

Identificação para conjunto de terminação ou caixa de junção

1

2

3

4

5 Identificação da conexão

Terminais de Instrumentos Símbolo de terminal genérico

1

2

3

4

5

1

2 FIC 100

N TR 105

H

G

ES, 115 V, 60 Hz

S WT 103

HS, 300 kPa

S TT 120

AS, 120 kPa

• Usar designações ISA para instrumentos

• Usar designações dos fabricantes para terminais

Linhas de sinal Nestes diagramas de malha, todas as linhas são sólidas, exceto as linhas dos blocos de configuração que seguem a convenção da ANSI-ISA SP 5.1.

Alimentação ES Alimentação elétrica AS Alimentação pneumática HS Alimentação hidráulica S Conexão de suprimento I Entrada O Saída

Onde necessário, por clareza

Page 98: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

98

Fig. 8.2. Diagrama de malha de instrumento, óleo combustível para Fornalha #1 Lay out de um diagrama de malha típico. Formato horizontal, tamanho A4 (ou carta). A

placa de caldeira é limitada a uma tira estreita em baixo. Os descritores de local são limitados a tira estreita em cima. O diagrama é quebrado em seções: campo, rack, atrás do painel e painel frontal. As interfaces não são arbitrárias. O diagrama de fluxo está mostrado no canto direito, em baixo. Os elementos primário e finais não são mostrados no diagrama de malha, pois está mostrado no diagrama de fluxo.

O diagrama é enxuto e simples. Ele mostra o essencial para pesquisa de defeito e nada mais. Ele para onde a informação é obvia (equipamentos de campo) ou onde se requer mais informação.

Page 99: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

99

Típicos para indicadores de temperatura multiponto Exemplo do uso de típico. A configuração da malha é comum a um grande número de

malhas. Os tag números, números de terminais e de identificadores podem ser dados em forma de tabela. Típicos funcionam bem com malhas repetitivas do tipo mostrado. Porém, seu uso é geralmente exagerado. A simplicidade do entendimento é o que conta para o usuário final.

Page 100: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

100

Fig. 8.4. Diagrama de malha de instrumento, alarme de baixa pressão do sistema de óleo

lubrificante da turbina Este diagrama se refere a uma malha de alarme. Há uma controvérsia se os diagramas

de malhas devem ser feitos para malhas digitais (não analógicas). O usuário final e o técnico de manutenção geralmente preferem e usam malhas de controle discreto e alarme.

Note que o Painel Auxiliar foi alterado para Painel de Anunciador de Campo. Também foi colocada a função da chave de pressão, NA.

Page 101: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

101

Fig. 8.5. Diagrama de malha de instrumento, compressor #2 O diagrama foi escolhido da vida real para ilustrar as dificuldades relacionadas com o

código de cores. É fácil para o usuário arbitrar que preto é negativo e branco é positivo (ou vice versa). Porém, na vida real, o fornecedor do painel definiu azul para negativo e vermelho para positivo.

Outra dificuldade está na definição da polaridade. O diagrama identifica o terminal 12 como positivo e o 13 como negativo. Deve-se lembrar sempre que a alimentação é uma fonte e que todos os instrumentos são cargas. O primeiro instrumento ligado à fonte deve ter os terminais ligados a terminais de mesma polaridade da fonte. Na malha as polaridades são alternadas.

Page 102: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

102

Fig. 8.6. Diagrama de malha de instrumento, típico para malha de controle distribuído O diagrama mostra como tratar o caso em que a fiação real difere do mostrado no

diagrama de fluxo de engenharia, mostrado no bloco de configuração. O controlador montado no armário deve ter um tag número de identificação. Se ele estiver envolvido somente com duas malhas, ele pode ter os dois tag números.

É tentador parar o diagrama de malha nas entradas para o controlador montado no armário , desde que isto é o bastante para a pesquisa de defeitos. Porém, o resto do desenho da malha é necessário por questão de completude.

O controlador montado no armário é mostrado como um bloco. De fato a tira terminal deveria ter dois balões de instrumentos adjacentes, FC 99 e TC 201, por exemplo e o barramento de dados deveria juntá-los.

Page 103: Documentacao sobre instrumentacao

103

9

Diagramas de Fiação

Diagramas Elétricos

Há uma grande interface entre a elétrica e o sistema de controle. Como atualmente a maioria da instrumentação é de natureza elétrica, a realização do projeto dos sistemas de controle é principalmente elétrica.

O assunto de simbolismo e identificação elétrica pode preencher um livro inteiro. É admirável a simplicidade do simbolismo elétrico e o modo em que este simbolismo é usado para expressar uma grande quantidade de informação detalhada.

Tab. Lista de Desenhos de Projeto 1. Índice de Desenhos 2. Notas de Símbolos e Normas 3. Classificação de áreas 4. Diagramas unifilares 5. Conjuntos de instalação 6. Desenhos de aterramento 7. Desenhos de cabos e conduites

subterrâneos 8. Esquemas de conduites 9. Esquemas de cabos e circuitos 10. Desenhos de potência aérea 11. Desenhos da subestação 12. Desenhos de Iluminação 13. Desenhos de instrumentação

elétrica 14. Desenhos dos prédios de controle 15. Desenhos lógicos elétricos 16. Diagrama elementar (ladder) 17. Diagramas de ligação 18. Desenhos e pólos e linhas 19. Desenhos de miscelânea 20. Desenhos de aquecimento (heat

tracing)

21. Esquemas de plaquetas Das duas grandes divisões do trabalho

elétrico, potência e controle, somente o controle interessa à instrumentação.

Símbolos de desenho e notas

Como sempre, a folha de legenda vem antes do índice dos desenhos. Cada companhia tem seu formato próprio, mas os símbolos usados geralmente se baseiam nas normas ANSI e ISA.

A Fig. 9.1 mostra símbolos, definições e notas típicas que aparecem na maioria das folhas de desenhos elétricos.

A beleza e importância de uma folha de legenda é que elas dão ao projetista blocos constituintes com os quais ele cria diagramas complexos. Ela também define símbolos e aplicações em um projeto específico. Por exemplo, uma nota relacionada com cor de lâmpada piloto poderia ser:

G para ser usado para Potência Disponível, Motor Parado ou Disjuntor Aberto.

R para ser usado para Motor Operando, Disjuntor Fechado ou Condição de Alarme. Em aplicações de controle de motores, a convenção é geralmente inversa. Por isso a folha de legenda é o lugar para eliminar ambigüidades.

Page 104: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

104

Unifilar Detalhado Definição Notas

Fusível

Mostrar o valor da corrente de atuação

Fusível de encaixe

Mostrar o valor da corrente de atuação

Desligador de circuito

Mostrar o valor de ajuste e tamanho

Conector separável

Combinação de starters e disjuntores em painéis de controle de motores

Transformador de corrente

• Polaridade 400/5 é relação de espiras

Transformador de potencial

Transformador de potência

Delta WYE Terra

Chave de desligar não fusível

100 = Ampère 3 P = trifásica

Fig. 9.1. Símbolos da folha de legenda para desenho elétrico típico

400/5

100

3 P

100

Page 105: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

105

Botoeira de partida

Contato momentâneo (não retentivo)

Botoeira de parada

Contato momentâneo (não retentivo)

Combinação de Botoeiras de partida e parada

Funções independentes, (não mecanicamente ligadas)

Combinação de Botoeiras de partida e parada com lâmpada piloto

Lâmpada indica normalmente ligada A lâmpada esta ligada ao relé no circuito de controle

Estação de botoeira (Partida Momentânea e Parada Mantida) mecanicamente ligada

Especificar funções com palavras

Lâmpada piloto ou de indicação

A – ambar G – verde (green) W – branca (white) B – azul (blue) R – vermelha (red) Y – amarela (yellow)

Fig. 9.1. (continuação): Definições e notas típicas

PARTIDA

PARADA

PARADA

PARTIDA

PARADA

PARTIDA

PARADA MANTIDA

PARTIDA MOMENTANEA

Page 106: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

106

Símbolo Definição Notas

Contato normalmente aberto (NA)

Normalmente aberto se refere à posição na prateleira

Contato normalmente fechado (NF)

Normalmente fechado se refere à posição na prateleira

Contato de sobrecarga termal

Contato de sobrecarga magnético

Contatos mostrados como contatos NF

Conexão de terra

Conforme National Electric Code (NEC)

Chave com atraso de tempo

Contato NF com abertura temporizada

Chave com atraso de tempo Contato NO com fechamento temporizado

Bobina operando, de relé ou starter de motor

Designação é de acordo com o esquema de identificação

Bateria

Mostra tensão e polaridade

Fig. 9.1. (continuação): Definições e notas típicas

R1 R1

TDC

TDO

12 V cc

-

+

Page 107: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

107

Chave de vazão, FS

NA ou NF se referem à posição da chave na prateleira

Chave de nível, LS

NA ou NF se referem à posição da chave na prateleira

Chave de pressão, PS

NA ou NF se referem à posição da chave na prateleira

Chave de temperatura , TS

NA ou NF se referem à posição da chave na prateleira

Chave de posição ou chave limite, ZS

NA ou NF se referem à posição da chave na prateleira

Buzina ou sirene

Fig. 9.1. (continuação): Definições e notas típicas

Page 108: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

108

Item Descrição Quantidade 1 Bucha, ¾ “x ½ “ 6 2 Conexão (Nipple), ½ “ 1 3 Corpo do conduite 2 4 União, macho, ½ “ 1 5 Cabo flexível, ½ “, X-Proof 1 6 Plug, ½ “ 1

Detalhe No: Válvula solenóide ou equipamento selado de fábrica, Classe 1, Grupos B, C e D, Divisão

1. Fig. 9.3. Desenho de montagem de instrumentação padrão

Equipamento

Ver desenho de planta para conduite

Page 109: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

109

Fig. 9.4. Aterramento de instrumento Desenhos de aterramento são muito complexos. Há geralmente dois tipos: 1. um similar a um detalhe de instalação, consiste de uma série de detalhes de

equipamentos individuais (Fig. 9.4) e interessa ao instrumentista. 2. desenho tipo layout que mostra locais, pontos de ligação e roteamento dos cabos.

Geralmente não interessa ao projetista ou técnico de instrumentação.

Page 110: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

110

Fig. 9.9. Desenho elementar de motor Exemplo de combinação de diagrama elementar e de ligação, normalmente usado para

mostrar o controle de motor. Este diagrama permite o entendimento da lógica de controle e fixa os locais e números de terminal de todos os equipamentos importantes.

Na porção esquemática do desenho, as linhas solidas representam a fiação interna ao cubículo. As linhas pontilhadas representam a fiação externa, ou seja, a fiação que o eletricista deve instalar no campo.

Page 111: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

111

Fig. 9.10. Desenho chave de ligação O diagrama é um esquema de interligação elétrico típico, usado como uma chave para

entender os equipamentos complexos. Ele mostra que as válvulas de controle e os transmissores montados no campo são ligados a caixas de junção separadas. O roteamento dos cabos é mostrado. Deve haver uma identificação suficiente para permitir ao usuário ter uma visão geral e ver também os detalhes.

Page 112: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

112

Fig. 9.11. Detalhe de instalação de caixa terminal O diagrama mostra detalhes de instalação de uma caixa de terminais de campo. Ela dá

muita informação com poucas palavras. As conexões dos conduites estão na parte de baixo para preservar a integridade do topo da caixa (para não entrar água). A fiação entra no centro, através de conduite e vai para duas barras de terminais. A fiação de campo está do lado de fora. A Fig. 9.12 mostra a montagem interna da caixa terminal.

Page 113: Documentacao sobre instrumentacao

Diagramas de Malha

113

Fig. 9.12. Desenho de montagem de caixa terminal

Page 114: Documentacao sobre instrumentacao

114

10

Diagrama Ladder

Introdução Diagrama ladder é uma representação

ordenada em forma de escada de componentes e conexões de um circuito elétrico. O diagrama ladder é também chamado de diagrama elementar ou diagrama de linha. O termo ladder (escada) se aplica porque ele parece com uma escada, contendo degraus. É o diagrama básico associado com o controle lógico programado.

Componentes Os elementos constituintes de um

diagrama ladder podem ser divididos em componentes de entrada e de saída. São de entrada:

1. Contato normalmente aberto 2. Contato normalmente fechado Os contatos podem ser retentivos (de

chaves liga-desliga), não retentivos (de botoeiras). Os contatos podem ser manuais (chaves manuais) ou automáticos (pressostato, termostato, chaves automáticas de nível e de vazão, chave térmica de motor). Os contatos podem ser instantâneos ou temporizados para abrir ou fechar.

São componentes de saída: 3. Bobina de um starter de motor 4. bobina de um relé 5. bobina de uma solenóide 6. Lâmpada piloto

Existem outros símbolos, porém estes são os mais importantes e usados e são suficientes para o entendimento dos diagramas encontrados nas aplicações práticas.

Todos os diagramas ladder possuem algumas práticas comuns, como:

1. Entradas, chaves e contatos são colocados no início da linha, no lado esquerdo.

2. Saídas, bobinas e lâmpadas piloto são colocadas no fim da linha, no lado direito.

3. Uma linha de entrada pode alimentar mais de uma saída. Quando isso ocorre, as saídas estão ligadas em paralelo.

4. Chaves, contatos e entradas podem ter contatos múltiplos em série, paralelo ou série-paralelo.

5. As linhas são numeradas consecutivamente, à esquerda e de cima para baixo.

6. Dá-se um único número de identificação para cada nó de ligação.

7. As saídas podem ser identificadas por função, no lado direito, em notas.

8. Pode-se incluir um sistema de identificação de referência cruzada, no lado direito. Os contatos associados com a bobina ou saída da linha são identificados pelo número da linha.

9. Os contatos de relé são identificados pelo número da bobina do relé mais um número seqüencial consecutivo. Por exemplo, os três contatos do relé CR7 são CR7-1, CR7-2 e CR7-3.

Fig. 5.1. Diagrama ladder básico, para uma

chave manual que liga a saída de um relé:

CR5

L2 L1 SW1

saída

Page 115: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

115

Fig. 5.2. Duas chaves em paralelo (manual SW1

e automática de nível LS1) controlam a saída do relé CR5e uma lâmpada piloto PL1 vermelha (R).

Fig. 5.3. Diagrama ladder com duas funções

Exemplo 1 O diagrama ladder da Fig.5.1, está

associado a um sistema com uma chave que liga-desliga um relé de saída, CR5. A Fig. 5.2 mostra um sistema de controle com linhas paralelas na entrada e na saída. Qualquer uma das duas chaves liga-desliga a saída e a lâmpada piloto. O diagrama da figura possui duas linhas funcionais ativas.

O diagrama ladder da Fig. 5.3 tem a seguinte seqüência de operação:

Seqüência direta 1. No início, todas as chaves estão

abertas, as bobinas estão desligadas

2. Fechando SW1 ou SW2 ou ambas, CR7 é energizada.

3. Na linha 3, o contato NA CR7-1 fecha, habilitando a linha 3 e CR8 ainda está desligada

4. Fechando a chave manual SW3, CR8 é energizada e a lâmpada piloto verde (G) é acesa

5. Abrindo as duas chaves SW1 e SW2, tudo é desligado

6. Em operação, desligando SW3, CR8 é desligado, PL1 é desligada mas CR7 contínua ligada.

Seqüência alternativa possível 1. Inicialmente, ligando SW3, nada é

energizado (contato CR7-1 está aberto pois CR7 não está energizada).

2. Abrindo SW3, quando tudo estiver ligado, desliga somente CR8 e PL1.

Exemplo 2 As seguintes modificações podem ser

feitas ao diagrama da Fig.5. 3: 1. SW4 deve estar ligada para CR7 ficar

ligada 2. CR7 deve estar desligada para CR8

estar ligada 3. CR9 é ligada por CR7, CR8 e SW3. O diagrama estendido é mostrado na

Fig 5. Há uma linha pontilhada entre os dois contatos SW3, indicando uma única chave comum com dois contatos (Se SW3 estivesse na esquerda, somente um contato seria necessário para energizar as linhas 3, 4 e 5).

Uma linha adicional de operação poderia ser acrescentada ao diagrama ladder, como a linha 6 mostrada na figura 5. A seqüência adicionada seria a seguinte:

CR7 ou CR8 ou ambas, mais LS12 e CR9 ligam a saída do relé CR10.

CR5

L2 L1 SW1

saída

LS1 R

PL1

L2 L1 SW1

saída 1 CR7

SW2

CR8

G

SW3

CR7-1

saída 2

1

2

3

4

Page 116: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

116

Exemplo de um diagrama errado O diagrama da Fig. 5.4 é um diagrama

ladder incorreto, que contem os mesmos componentes da figura, porém, nunca irá funcionar. Os erros são os seguintes: 1. Mesmo que houvesse potência entre

as linhas, a voltagem aplicada em cada elemento de saída seria dividida por 3 e nenhuma bobina teria a tensão correta de funcionamento e a lâmpada piloto ficaria só um pouco acesa. Mas, logicamente, as saídas nunca seriam ligadas.

2. Mesmo fechando todas as chaves, o contato CR7-1 ficaria sempre aberto. Para fechar o contato CR7-1 a bobina CR7 deve ser energizada e a bobina só seria energizada fechando-se CR7-1, que é impossível.

Fig.5. 4. Diagrama ladder incorreto

1

2

L1 SW1

CR7

SW2

CR7-1 SW3

CR8 G

L2

Page 117: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

117

Exemplos de Diagramas Ladder

Circuito de Alarme de Alta Pressão

Descrição O circuito faz soar uma buzina e

acender uma lâmpada piloto quando a pressão atingir um valor alto perigoso. Depois que o alarme soa, o botão Reconhecimento desliga a buzina e deixa a lâmpada acesa. Quando a pressão baixar para um valor seguro, a lâmpada se apaga

Solução Quando a pressão atinge valor alto

perigoso, a chave PS atua, fechando o circuito e

1. soando a buzina 2. acendendo lâmpada R Quando operador toma conhecimento

do alarme e aperta a chave ACKN, a bobina S se energiza, trocando seus contatos S1 e S2

1. S1 abre, desligando a buzina 2. S2 fecha, mantendo S energizada A bobina S só é desligada quando a

chave PS abrir, ou seja, quando a pressão alta cair e ficar em valor seguro.

Controle de Bomba e duas lâmpadas piloto com chave de nível

Descrição A chave de nível opera a bomba do

motor. A bomba enche um tanque com água. Quando o nível do tanque estiver baixo, a chave liga o motor da bomba e acende a lâmpada A. Quando o nível atingir o nível máximo (tanque cheio), a chave desliga o motor e acende a lâmpada R e A permanece acesa. Se o motor ficar sobrecarregado, é desligado, mas a lâmpada A contínua acesa.

Solução

Quando o nível estiver abaixo do máximo, a chave PS está aberta e

1. lâmpada R está acesa 2. motor está ligado, operando 3. lâmpada A está apagada Quando o nível atingir o máximo, LSH

tripa 1. 1. apagando R 2. desligando motor

M 2. acendendo A Quando motor ficar sobrecarregado, OL

abre 1. desligando motor 2. mantendo A acesa

S2

1 PS

R

ACK

S

2

3

S1

4

1,4

1

LS

R 2

3

4

S

M

A

S-1

S-2

S-3

OL

2,3,4

Page 118: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

118

Controle seqüencial de 3 motores

Descrição Ligar três motores, isoladamente e um

após o outro. A parada desliga todos os motores. Qualquer sobrecarga desliga todos os motores

Solução Apertando a botoeira PARTIDA 1. M1 parte e fecha M1-1 e M1-2 2. M1-1 sela a partida de M1, mantendo

M1 ligado depois que a botoeira PARTIDA for solta

3. M1-2 liga M2, fechando M2-1 4. M2-1 liga M3 Qualquer sobrecarga em M1, M2 ou M3

desliga todos os três motores, pois OL1, OL2 e OL3 são contatos NF e estão em série

Controle temporizado de motores

Descrição Ligar três motores, isoladamente e um

após o outro, com intervalos de 1 minuto. A parada desliga todos os motores. Qualquer sobrecarga desliga todos os motores

Solução Apertando a botoeira PARTIDA 1. M1 parte e energiza T1 2. M1-1 sela a partida de M1, mantendo

M1 ligado depois que botoeira PARTIDA é solta

3. T1 energizado fecha T1-1 depois de 1 min

4. T1-1 parte M2 e energiza T2, que fecha T2-1 depois de 1 min

5. T2-1 parte M3 Qualquer sobrecarga em M1, M2 ou M3

desliga todos os três motores, pois OL1, OL2 e OL3 são contatos NF e estão em série

3

1

PARADA

2

PARTIDA

4

2

OL1 OL3 OL2

M3

M2

M1-1

T2-1

T1

T2

5

3

5T1-1

M1

3

1

PARADA

M1

2

PARTIDA

4

2, 3

OL1 OL3 OL2

M3

M2

M1-1

M1-2

M2-1

4

M1

Page 119: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

119

Controle seqüencial temporizado de motores

Descrição Três motores M1 – motor bomba de lubrificação M1 – motor principal M1 – motor de alimentação devem ser ligados em seqüência e em

intervalos de tempo determinados.

Solução Apertando a botoeira PARTIDA 1. M1 parte e M1-1 sela a partida de M1. 2. Quando a pressão subir, a chave

PSH tripa, fechando-se e partindo M2 e energizando T

3. T1 energizado fecha T1-1 depois de 10 s, partindo M3

Se M1 aquecer, OL1, abre, desligando M1 e a pressão cai.

A queda de pressão faz PSH abrir, desligando M2 e desenergizando T.

T-1 abre, desligando M3

1

PARADA

2

PARTIDA

5

2, 3 OL1

M1-1

PSH

M1

M2

M3

T1

T1-1

OL2

OL3

3

4 5

Page 120: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

120

Controle de Velocidade de motores

Descrição 1. O motor tem três faixas de velocidades. 2. O motor acelera automaticamente para

a velocidade selecionada. 3. Uma botoeira pode parar o motor em

qualquer velocidade 4. O motor possui proteção de sobrecarga 5. Três botoeiras separadas selecionam

1a, 2a e 3a velocidade. 6. Há um atraso de 3 segundos para

passar de uma velocidade para outra

Solução Apertando a botoeira 1a VELOCIDADE 1. M1 parte e M1-1 sela a partida de

M1,.mantendo-o na primeira velocidade depois que a chave PARTIDA é solta.

2. Quando a chave 2a VELOCIDADE for apertada,

• T1 fica energizado (Atraso para Ligar)

• T1 –1 faz motor girar na 1a velocidade

• T1 –2 mantém T1 selado 3. Depois de 3 segundos, T1 –3 fecha,

ligando S1. S1 faz motor operar na 2a velocidade

4. Quando a botoeira 3a VELOCIDADE for apertada, • C1 fica energizado • C1 –1 faz motor girar na 1a

velocidade • C1 –2 faz motor girar na 2a

velocidade • C1 –3 faz motor girar na 3a

velocidade • C1 –4 faz operar T2 (falta S1 –1

fechar) Depois de 3 segundos, T3 fecha e

energiza S1 (motor fica na 2a velocidade). S1 –1 fecha operando T2. Depois de 3

segundos T2 fecha e opera S2 , que coloca o motor na 3a velocidade.

Quando houver sobrecarga, OL1, abre, desligando M1.

1

PARAD

2

2OL1

3, 6, 8

1a VELOCIDADE

M1-1

M1

T1-1 C1-1

S2

T2-1

T1-2

2a VELOCIDADE

C1-2

S1 T1-3

T1

T2

3 4

5

6 7

8

9 10

11

12

C1

3a VELOCIDADE

C1-3

S1-1 C1-4

11

4, 7 10, 1112

Page 121: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

121

Unidade de Aquecimento de Óleo

Descrição Um motor M1 opera um bomba de alta

pressão, usada para injetar óleo combustível em um queimador.

Um motor M2 opera um soprador de indução que força o ar para o queimador, quando o óleo estiver sendo queimado.

Uma chave liga-desliga comanda o circuito

Um termostato TS1 sente a temperatura do interior do ambiente

Um termostato TS2 sente a temperatura do trocador de calor.

Quando a chave estiver ligada (ON) e a temperatura interna do ambiente for baixa, TS1 fecha e parte os motores M1 e M2. Quando a temperatura do trocador de calor subir demais, TS2 fecha e parte M3. O soprador circula o ar dentro do ambiente através do trocador e aumenta a temperatura dentro do ambiente. Quando a temperatura do ambiente subir muito, TS1 abre e desliga o motor da bomba e o motor do soprador de indução. O soprador do trocador contínua operando até que o trocador de calor seja resfriado a uma temperatura baixa, quando TS3 abre seu contato.

Solução 1. Ligando a chave para ON e se a

temperatura do ambiente estiver baixa, TS1 tripa, fechado TS1 e energizando T e M1 .

2. O temporizador é TOFF (atraso para desligar), então T1 fecha imediatamente, partindo M2. T fica energizada por 1 min e depois abre, desligando M2

3. FSL1 é uma chave de vazão que sente a vazão de ar produzida pelo soprador de indução e impede que o motor da bomba de alta pressão continue injetando óleo na câmara de combustão.

4. M2 ligado faz FSL1 fechar, partindo M1 e permitindo a partido do motor da bomba de alta pressão. Se o motor do soprador de injeção de ar pára por qualquer razão, FSL1 abre M1 .

5. A chave seletora AUTO-MANUAL permite ao operador decidir a

circulação de ar dentro do ambiente quando o sistema de aquecimento estiver fora de serviço. Quando a chave estiver em AUTO, o motor do soprador é controlado pelo termostato TS2 . Quando a chave estiver em MANUAL, ela liga o motor M3 diretamente e permite ao motor do soprador operar independente do sistema de aquecimento.

Page 122: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

122

Enchimento, Mistura e Esvaziamento de Tanque

Descrição O funcionamento do sistema é o

seguinte: 1. Apertando PARTIDA, os solenóides

A e B abrem, permitindo o tanque se encher

2. Quando o tanque encher, uma chave de nível tipo bóia desliga A e B e liga um motor M de agitação da mistura do tanque

3. O motor trabalha em determinado intervalo de tempo ajustável, T. Depois de transcorrido T, o motor desliga e um solenóide C, na saída do tanque, é ligado esvaziando o tanque.

4. Quando o tanque ficar vazio, a chave de nível desliga a solenóide C e o ciclo recomeça.

5. Um relé térmico desliga o motor em caso de sobrecarga.

Solução Apertando a botoeira PARTIDA

1. CR energiza 2. CR-1 sela a partida, mantendo

motor funcionando depois de soltada a botoeira

3. CR-2 permite os solenóides A e B serem ligadas

4. CR-3 permite o motor M ligar e o temporizador TR energizar (satisfeitas outras condições)

5. CR-4 permite a solenóide C ser ligada

Com CR-1 fechado (PARTIDA acionada),

1. LSH-1 fechado (nível do tanque abaixo do máximo)

2. LSL-1 fechado (nível do tanque acima do mínimo)

3. TR-1 fechado (agitação ainda não ligada)

4. os solenóides A e B se energizam e as válvulas A e B enchem o tanque

Tanque atinge nível máximo, LSH tripa 1. LSH-1 abre, desligando

solenóides A e B

2. LSH-2 fecha, ligando o motor de agitação e energizando o temporizador TR

O motor do agitador mistura os líquidos A e B durante 1 minuto

Depois de 1 minuto • TR-2 abre, desligando o motor M • TR-1 abre, impedindo que os

solenóides A e B sejam ligadas neste momento (interlock)

• TR-3 fecha, ligando a solenóide C que esvazia o tanque

Quando o tanque fica vazio, LSL tripa • LSL-1 fecha, permitindo ligação

dos solenóides A e B • LSL-2 abre, desligando a

solenóide C O ciclo se repete e os solenóides A e B

são energizados, pois • CR-2 está fechado • LSH-1 fechado (nível abaixo do

máximo) • LSL-2 fechado (nível mínimo já

atingido) • TR-1 fechado (temporizador

desligado)

Esquema do Processo

LS

Page 123: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

123

Diagrama Ladder

1

2

5

3

4

7

8

9

PARADA PARTIDA

2, 3 5, 7

OL1

CR1-1

TR-1

CR

C

LSH-2

A

B

CR-3

LSH-1

LSL-1 CR-2

LSLL

LSH

M

TR

TR-2

6 5,3 , 7

CR-4

3

,3 , 5

TR-3 LSL-3

LSL

LSH

Page 124: Documentacao sobre instrumentacao

Diagrama Ladder

124

Enchimento de Tanque com Duas Bombas Alternadas

Descrição A água de alimentação é fornecida de

um tanque central. O tanque é pressurizado pela água quando o tanque se enche. Dois poços separados fornecem água para o tanque, cada poço com uma bomba independente. É desejável que a água seja bombeada de cada poço igualmente, mas as duas bombas não devem operar ao mesmo tempo. As bombas devem operar alternadamente, mas uma chave seletora pode forçar a operação de uma bomba quando a outra estiver com falha. Cada motor da bomba contém um relé térmico de sobrecarga.

Solução Assumindo a chave em AUTO e o

pressostato fechado (há pressão de coluna d'água no tanque)

1. energizar a bobina do starter do motor M1

• M1-1 fecha, energizando CR • M1-2 sela a partida do motor M1 • M1-3 abre, fazendo o

intertravamento com o motor M2 (M2 não funciona enquanto M1 estiver funcionando)

2. CR energizado, todos seus contatos mudam:

• CR-1 abre, quebrando o circuito para bobina M1

• CR-2 fecha, selando o contato M1-1

• CR-3 fecha para permitir ligação de M2 , que ainda não pode ser ligado pois M1-3 está aberto

3. Quando o pressostato PS abre, a bobina M1 desenergiza, permitindo todos os contatos M1 retornarem às posições normais. Neste momento, o relé CR está energizado.

4. Quando o pressostato PS fecha novamente, o contato CR-1 evita que a bobina M1 seja energizada e CR-3 permite que a bobina M2 seja energizada. Quando a bobina M2 é energizada, a bomba 2 parte e

todos os contatos M2 mudam de estado

• M2-1 abre e desenergiza CR • M2-2 fecha e mantém M1

energizada quando CR-3 abrir • M2-3 abre para evitar que a

bobina M1 seja energizada quando o contato CR-1 voltar à sua posição normalmente fechada.

O circuito continua operando assim, até que o pressostato PS abra e desligue M2. Quando isso acontecer, todos os contatos de M2 mudam de estado.

Uma chave seletora de três posições na saída do pressostato permite ao operador alternar a operação das duas bombas ou operar a desejada (1 ou 2).

Embora a lógica já esteja completa, há um problema potencial: depois que a bomba 1 completou um ciclo, há a possibilidade do contato CR-3 reabrir antes que o contato M2-2 feche para selar o circuito. Se isto acontecer, a bobina M2 será desenergizada e a bobina M1 será energizada (isto depende da operação dos relés). Para evitar este problema, adiciona-se um temporizador TOFF (off delay – atrasado para desligar). Quando a bobina TR for energizada, o contato TR-1 fecha imediatamente, energizando CR. Quando TR desenergiza, o contato TR-1 permanece fechado por um determinado tempo ajustável antes de reabrir, garantindo que a bobina CR está desenergizada.

1

OF

2

P

6

3, 5,5 OL1

M1-1

M2-3 CR-1 AUTO

#2

#1

ON M

M2

M2-2

CR-3

M2-1 M1-3

OL2

Interlock

TR

CR

M1-2

CR-2 TR

memória

temporizador

3 4

5

7

1, 2,

7

1, 3, 6

Page 125: Documentacao sobre instrumentacao

125

11

Detalhes de Instalação

Introdução

Os detalhes de instalação dão as instruções especificas, de um modo conciso, para um técnico, de como instalar um determinado instrumento e seu equipamento correspondente. Cada detalhe individual é geralmente acompanhado de uma lista de materiais associados, que identifica especificamente cada item no detalhe de instalação. O desenho é usualmente limitado para uma determinada tarefa. Por exemplo, desenhos separados devem ser feitos para a montagem do instrumento, ligações com o processo, conexões elétricas, conexões com a tubulação.

Estilo e formato

O formato para um detalhe de instalação de instrumento é usualmente A4 ou carta, por questão de conveniência de uso para o instalador, que só pode montar um equipamento por vez. Por isso, não é recomendável usar desenho com formato grande ou combinar mais de um detalhe no mesmo documento. Deve se sempre ter em mente o usuário final.

O estilo pode ser ortogonal ou isométrico. Um estilo isométrico mostra a localização relativa dos equipamentos e permite ao instalador alterar livremente as dimensões.

A numeração dos desenhos deve estar de conformidade com o índice dos

instrumentos. Geralmente o instalador deve:

1. verificar no Diagrama de Fluxo de Engenharia os detalhes do equipamento que vai ser instalado

2. procurar o instrumento pelo tag número no Índice de Instrumentos

3. achar os detalhes aplicáveis 4. instalar os instrumentos de acordo

com as instruções dadas no Detalhe de Instalação de Instrumento.

O detalhe pode ser de um instrumento determinado ou pode ser dado como típico. Há também detalhes de instalação para categorias e funções de instrumentos. Por exemplo, um projetista geralmente possui centenas de desenhos, coletados durante anos, todos catalogados por função ou tipo. Quando há uma nova instalação, algumas poucas alterações nos desenhos existentes facilitam e abreviam o trabalho.

Pode haver categorias de desenhos quanto à variável envolvida (pressão, vazão, nível, temperatura e análise), tipo de medidor (placa de orifício, turbina), aplicação (medição de vazão de gases ou líquidos).

Os detalhes de instalação são geralmente usados para transferir informação entre disciplinas. Por exemplo, a simples representação da folha de fluxo deve ser transformada em algo mais específico para a instalação completa. Antes de o instrumentista instalar o instrumento, o projetista de tubulação deve providenciado os acessórios para receber o instrumento.

A Fig. 10.1 é um exemplo típico de folha de legenda.

Page 126: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

126

Fig. 10.1. Folha de legenda típica

Page 127: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

127

Fig. 10.2. Desenho isométrico da alimentação pneumática de um instrumento Este desenho é suficientemente específico para cobrir detalhes que não podem faltar,

como as distancias acima do tubo para evitar sujeira e qualquer entrada possível de condensado. Ele também permite a escolha do caminho e distâncias entre instrumentos colocados lado a lado.

Page 128: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

128

Fig. 10.3. Desenho isométrico para proteção e suporte de tubo de tomada de impulso.

Page 129: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

129

Fig. 10.7. Divisão de trabalho e responsabilidade

Fig. 10.11. Exemplo de um detalhe de instalação para medição de vazão de líquido

Page 130: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

130

Fig. 10.12

Page 131: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

131

Fig. 10.13. Desenho instrucional, com quatro detalhes separados de instalação.

Page 132: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

132

Fig. 10.14 Desenho ortográfico, mostrando porque o desenho isométrico é melhor.

Page 133: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

133

Fig. 10.15. Detalhes de instalação de conexões de instrumentos de pressão

Page 134: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

134

Fig. 10.16. Detalhes de manômetros Embora haja vários desenhos em um único diagrama, o engenheiro escolhe o tipo a ser

usado em determinada aplicação Não é o instalador que decide qual detalhe usar. Geralmente, o Índice de Instrumento define o detalhe a ser usado em cada aplicação específica.

Page 135: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

135

Fig. 10.21. Desenho ortográfico mostrando instrumentos de nível (visor e controlador) em um separador

Page 136: Documentacao sobre instrumentacao

Detalhes de Instalação

136

Fig. 10.22. Alimentação e tomada de processo (capilar) de transmissor pneumático.

Fig. 10.23. Três exemplos de conjuntos filtro-reguladores pneumáticos

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Detalhes de Instalação

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Fig. 10.24. Detalhe de instalação de transmissor de pressão diferencial usado em tanque fechado

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Painéis de Controle

Painéis de controle Os painéis de controle podem ser

divididos em duas grandes categorias: 1. local 2. remoto Local se refere a proximidade com o

processo. Remoto se refere distante do processo. Remoto é sinônimo de central, quando central significa centralizado, ou seja, quando todos os sinais de toda a planta são levados para um local centralizado.

Painéis locais devem suportar as condições hostis do ambiente industrial. Eles são submetidos às intempéries naturais (chuva, vento, maresia, neve, geada) e industriais (respingos, gases corrosivos). Este fato não influência os estilos e práticas dos desenhos, mas deve ser coberto por uma especificação escrita que acompanha os desenhos.

Painéis centrais estão localizados em salas de controle, em ambiente de ar condicionado. Eles são construídos conforme normas de uso geral.

Teclados e monitores estão substituindo os painéis convencionais. Consoles de sistemas de controle distribuído permitem menos licença artística para o projetista que os painéis convencionais. A engenharia humana é importante para todos os painéis.

Objetivo do painel de controle Um painel de controle aloja

instrumentos. É também um ponto de interface entre um operador e o processo. O painel de controle deve ser projetado com duas idéias em mente.

1. O operador só pode ter um controle efetivo sobre um processo se puder receber e compreender a informação que chega e puder tomar a ação corretiva rapidamente. Assim, o painel de controle deve ser projetado com uma faixa de controle do operador médio em mente.

2. O equipamento deve ser submetido à calibração e manutenção, periodicamente. O técnico de manutenção deve ter fácil acesso aos instrumentos e os componentes chave devem ser adaptáveis à rápida troca ou ao reparo.

Evolução É interessante seguir a evolução do

projeto do painel de controle. Os primeiros painéis simplesmente alojavam os instrumentos: eles guardavam os instrumentos juntos em um local conveniente e protegido. Como o espaço era crítico, os painéis não satisfaziam nem o operador nem o instrumentista de manutenção. Os instrumentos eram misturados confusamente e de difícil acesso.

Quando foi verificado que o tempo de produção era perdido por causa de projeto mal feito, tentou-se de tratar a parte frontal do painel como uma interface de operador e a parte traseira do painel era um ponto de interface com a manutenção. Quando foi verificado que nem toda instrumentação requeria a mesma freqüência de intervenção do operador, registradores e contadores foram colocados em painéis verticais em pontos não acessíveis ao operador. Os controladores e as chaves liga-desliga e botoeiras foram colocadas em consoles, tão próximos ao operador

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Painéis de Controle

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que podiam ser acessadas com um giro de cadeira.

Os painéis gráficos foram desenvolvidos para colocar os instrumentos dentro de uma configuração gráfica do processo; por exemplo, uma botoeira seria colocada dentro de um símbolo para o equipamento atuado. Os painéis gráficos foram logo substituídos pelos painéis semi-gráficos, que agrupavam os instrumentos em um arranjo espacial lógico abaixo da representação gráfica do processo. Aqui é outro caso em que as palavras podem ser mal entendidas pelo não especialista, pois muito mais informação pode ser apresentada em um painel semigráfico do que em um totalmente gráfico.

Antes do aparecimento dos sistemas de display compartilhado, grandes plantas tinham grandes painéis semigráficos, com algumas centenas de metros. Estes consoles requeriam muitos operadores, pois era fisicamente impossível uma única pessoa ver e alcançar tudo em painel tão grande, de modo rápido.

Com a tecnologia de display compartilhado, tornou-se possível chavear os displays gráficos e fazer as funções fixas do teclado corresponder ao display mostrado. Uma pessoa podia então compreender e controlar várias funções. Telas sensíveis ao toque (touch screen) se tornaram comuns, substituindo teclados.

O display compartilhado acabou com a discussão acerca da prevalência do painel gráfico ou semigráfico. Porém criou o problema da sobrecarga do operador. Comprimir o tamanho de um painel para a largura de uma tela de monitor é bom, quando a planta está funcionando normalmente, mas o que acontece quando várias unidades de processo entram em alarme simultaneamente? Obviamente, deve haver um compromisso econômico entre redundância (em termos de acesso a mais de um console), perigo potencial com o equipamento, concentração de dados e fadiga do operador.

Apareceram técnicas especiais, como o anuncio de first out de alarme, que permite ao operador ver qual foi o primeiro alarme que foi acionado, em uma cadeia de vários. A supressão do alarme secundário foi outra técnica usada, quando múltiplos eventos requerem que o operador

concentre a atenção apenas em variáveis críticas.

Acesso para manutenção é outro lado da mesma moeda. Painéis locais são ainda sujeitos à mesma restrição de espaço como sempre, embora os painéis locais estejam se tornando mais compactos, por causa da pouca exigência de espaço dos circuitos de multiplexação. Ainda, deve-se fazer esforços para garantir que o equipamento escolhido e instalado seja acessível ao pessoal de manutenção.

As normas geralmente especificam os parâmetros gerais de segurança, tais como o mínimo espaço para acesso. Elas dizem pouco acerca do projeto para permitir a rápida localização do equipamento correto e seus terminais.

Salas de controle centralizadas permitem maior separação entre estes controles necessários para o operador e aqueles que não são essenciais para o acesso do operador. Os instrumentos atrás do painel são freqüentemente removidos do painel principal e colocados em painéis cegos, distantes da interface do operador.

Interface Homem-Máquina Os aspectos da engenharia humana da

interface entre o processo e o operador se tornam cada vez mais importantes. Em termos de projeto de painel, engenharia humana significa estudar as capacidades físicas e psicológicas dos operadores médios e projetar e construir equipamento que permita a estes operadores funcionar tão eficientemente quanto possível.

O operador médio pode ser homem ou mulher, alto ou baixo, gordo ou magro ou até ter alguma deficiência física. Ele ou ela pode ser surdo ou daltônico ou qualquer combinação das características acima. Isto não importa. O problema permanece: como o projetista cria uma interface eficiente?

Primeiro, se estuda os assuntos, o operador e a interface. Lipták recomenda que a fonte de dados seja mantida na mente (estudantes, soldados, físicos). A cadeira deve ter ajuste de altura de assento, rodinhas para se mover facilmente.

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Folhas de Especificação

Introdução

Os objetivos da Folha de Especificação são:

1. Conter informação relacionada com o processo ou com outros instrumentos que são necessárias para completar a engenharia do sistema

2. Fornecer ao pessoal de compra e outras pessoas interessadas a informação necessária para satisfazer suas tarefas de modo completo e eficiente –um canal de comunicação.

3. Servir como registro permanente para uso da planta – para instalação, produção , operação e manutenção.

A Folhe de Especificação é o documento que fornece as informações detalhadas e especificas do instrumento, tais como:

1. Função (sensor, indicação, registro, transmissão, tipo de condicionamento, controle, atuação final, segurança)

2. Variável inicializada (pressão, vazão, temperatura, nível, análise, posição, velocidade)

3. Característica (formato, tamanho, acabamento, cor)

4. Montagem (superfície, painel, tubo, pedestal)

5. Sinais de entrada e saída (eletrônico, pneumático, lógico, digital)

6. Características funcionais (número de penas para registrador, ações de

controle do controlador, indicação opcional do transmissor, posicionador na válvula)

7. Materiais envolvidos para partes molhadas, invólucro (ferro fundido, aço carbono, aço inoxidável, monel)

8. Acessórios (filtro regulador, indicador local, tinta, gráfico, amortecedor, válvula de bloqueio, sifão, chave de alarme)

9. Condições de operação (temperatura e pressão mínima, normal e máxima)

10. Local de montagem (painel de leitura, painel cego, campo)

11. Classificação do local de montagem (área segura ou classificada – Classe, Grupo e Zona)

12. Classificação elétrica do instrumento (prova de explosão ou de chama, purga ou pressurização, segurança intrínseca, segurança aumentada, não incenditivo)

13. Classificação mecânica do invólucro (NEMA ou IEC IP)

14. Faixa calibrada e unidades SI 15. Tipo e tamanho de conexões com

processo (½ “ NPT) Como a combinação de todas estas

informações resulta em uma quantidade quase infinita de documentos diferentes, é prática comum desenvolver formulários padrão, separando principalmente as folhas por função e variável. Através destes formulários padrão se propõe

1. Ajudar na preparação da especificação completa listando e deixando espaço em branco para preenchimento das principais opções descritivas.

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Folhas de Especificação

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2. Promover uniformidade de terminologia

3. Facilitar cotação, compra e balanço, recebimento e pedido através da informação uniforme

4. Ter um registro útil e permanente para verificar a instalação.

A ISA S20 (1981): Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments, Primary Elements and Control Valves apresenta Folhas de Especificação padronizadas para as seguintes categorias de instrumentos:

1. Instrumentos receptor (indicador, registrador)

2. Anunciadores de Alarme 3. Formulários em branco 4. Instrumentos potenciométricos 5. Instrumentos de temperatura

a) Enchimento termal b) Termopares e termopoços c) Detector de Temperatura a

Resistência e termopoços d) Bimetal e) Termômetro de vidro

6. Instrumentos de pressão diferencial 7. Instrumentos de vazão:

a) Placas de orifício e Flange b) Rotâmetro de área variável c) Tubo magnético d) Deslocamento positivo

8. Instrumentos de nível a) Deslocador e bóia b) Tipo capacitivo c) Visor

9. Instrumentos de pressão a) Manômetros b) Chaves

10. Válvulas de controle 11. Válvulas Piloto de controle de

pressão e Reguladores 12. Regulador de temperatura auto-

atuada 13. Válvulas de alívio de pressão 14. Discos de ruptura 15. Válvulas solenóides Estes formulários são simples,

resumidos e podem incluir ou não todos os dados de engenharia ou definições de aplicação necessárias.

Algumas folhas consistem de uma principal e outra secundaria (em forma de tabela). A folha principal é usada especificar um único ou vários instrumentos e a folha auxiliar serve para

listar os tags dos vários instrumentos especificados na anterior.

O cabeçalho da folha é projetado para incluir o logotipo e nome da empresa, nome do projeto, local da planta, data.

Os formulários da Folha de Especificação cobrem apenas os instrumentos mais comuns. A lista não é completa nem é catálogo de instrumentos e por isso ela pode ser continuamente expandida.

Uma folha de instrução é dedicada a cada Folha de Especificação, explicando as aplicações, termos usados e o procedimento de preenchimento. As instruções são associadas aos números da linha da Folha.

Apostilas DOC\Documentação Documentação.doc 13 JAN 03