Manual Instrumentacao Industrial 7973KB Jun 11 2012 03:28:45

Transcrição

Instrumentação
Industrial
Indicador
Controlador
Registador
Transmissor Pressão
Unidade Alarme
Válvula Controlo
Instrumentação Industrial
LISTA DE CONTEÚDOS
- Noções de instrumentação
Definições
Erro de instrumentos
Classificação dos instrumentos
Sistemas de transmissão
Instrumentos de pressão
Instrumentos de temperatura
Instrumentos de caudal e volume
Instrumentos de nível
- Instrumentos Especiais
Introdução
pHmetro
Condutivímetro
Densímetro
Viscosímetro
Analisador de % de oxigénio
Silicómetro
- Controlo Automático
Conceitos de controlo automático
Malhas ou circuitos de controlo
Controlo de equipamentos diversos
Simbologia para malhas de controlo
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- Válvulas de controlo
Introdução
- Controladores
Introdução
- Atmosferas Explosivas
Considerações
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INDICE
Capítulo 1 – Noções de Instrumentação ................................................................................................................. 5
Capítulo 2 – Erro em Instrumentos ......................................................................................................................... 6
Capítulo 3 – Classificação de Instrumentos .......................................................................................................... 15
Capítulo 4 – Instrumentos Especiais ..................................................................................................................... 60
Capítulo 5 – Transdutores ..................................................................................................................................... 70
Capítulo 6 – Tipos de ligação eléctrica transdutores .......................................................................................... 113
Capítulo 7 – Controlo Automático ....................................................................................................................... 118
Capítulo 8 – Valvulas de Controlo ....................................................................................................................... 159
Capítulo 9 – Controladores.................................................................................................................................. 165
Capítulo 10 – Atmosferas Explosivas .................................................................................................................. 169
Anexo – Generalidades sobre erros .................................................................................................................... 177
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CAPÍTULO 1 – NOÇÕES DE INSTRUMENTAÇÃO
1.1 Definições
A Instrumentação, é associada ao estudo teórico e prático dos instrumentos e dos seus princípios
científicos, utilizados para monitorizar de forma contínua, ou discreta, o comportamento de variáveis
de controlo que de alguma forma venham a interessar ao homem nas diversas áreas do
conhecimento humano aplicado, ou seja, não apenas nos processos produtivos industriais.
É através da instrumentação, principalmente, que um operador faz o acompanhamento do processo.
1.1 Instrumento: equipamento industrial responsável por controlar, medir, registar ou indicar as
variáveis de um processo produtivo.
1.2. Controlo: verificação de uma variável para possíveis correções fazendo com que a mesma
permaneça dentro de uma tolerância de trabalho pré-determinada.
1.3. Medir: determinar ou verificar a extensão de uma grandeza ou variável.
1.4. Registar: escrever ou lançar uma informação em papel (gráfico) ou em forma de arquivo
eletrónico.
1.5. Indicar: apontar, mostrar, sinalizar o valor de uma variável.
1.6. Variável: são condições ou situações que ocorrem durante um processo produtivo, que podem
ou não, interferir no processo ou no produto, alterando a qualidade, a produtividade ou deixando o
processo inseguro. As principais variáveis são: temperatura, pressão, caudal e nível.
1.7. Processo: sequência de operações num conjunto de máquinas e/ou equipamentos necessários
para a manufatura de um produto.
Os instrumentos podem estar localizados em painéis na sala de controlo e/ou no campo.
Os instrumentos que medem, indicam ou controlam essas variáveis no processo possuem
sensibilidade e grau de aperfeiçoamento extremamente apurados requerendo, por isto, cuidados
especiais de manuseio.
Além disso, deve o operador ter sempre em mente que os instrumentos também representam a
segurança da unidade e do pessoal e que deles dependem a qualidade e a correta especificação na
elaboração dos produtos.
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CAPÍTULO 2 – ERRO EM INSTRUMENTOS
2.1. Instrumentos analógicos
Nos instrumentos analógicos (instrumentos de ponteiro), o erro geralmente é fornecido em termos de
escala, ou seja, o valor de corrente que origina a deflexão total do ponteiro levando-o até o fim da
escala. A sua precisão é normalmente expressa em percentagem. Por exemplo, um aparelho de
medida com uma precisão de 1% indica-nos que a grandeza medida não difere de mais do que 1%
do valor indicado pelo aparelho.
2.1.1. Erro de Paralaxe
É resultante de um incorreto posicionamento do utilizador em relação ao instrumento, originado em
função de se formar um ângulo incorreto entre a linha de visão do utilizador e uma reta perpendicular
à escala de medição do aparelho.
2.1.2. Erro de Interpolação
Esse erro origina-se em função do posicionamento do ponteiro em relação à escala de medida do
instrumento. O leitor pode observar que o ponteiro acusa uma posição incerta entre dois valores
conhecidos, a qual necessariamente não é o ponto médio destes, ficando a critério do observador,
em função da proximidade, definir o valor correspondente ao traço da esquerda ou da direita.
2.3. Erro em Instrumentos Digitais
Todo o indicador digital proporciona uma leitura numérica que elimina o erro do operador em termos
de paralaxe e interpolação. Os valores lidos normalmente são expressos entre 3 1⁄2 e 8 1⁄2 dígitos; o
1⁄2 dígito usa-se na especificação, porque o dígito mais significativo pode, unicamente, assumir
valores de 0 a 9.
2.3. Erro em Instrumentos Digitais
SENSIBILIDADE
Entende-se por sensibilidade de um aparelho a sua capacidade de distinguir pequenas variações da
grandeza medida.
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CAMPO DE MEDIDA
O aparelho de medida dá-nos uma indicação da sensibilidade através do campo de medida, o qual
corresponde ao valor máximo que ele pode medir da grandeza.
Um amperímetro com o C.M. de 200 A pode medir correntes eléctricas entre 0 a 200 A, mas este
pode ser um dos possíveis campos de medida desse aparelho, bastando para isso mudar a posição
do comutador, carregar em diferentes teclas ou mudar os terminais de ligação.
CLASSE DE PRECISÃO
Os aparelhos de medida apresentam a indicação da sua classe de precisão que é definido como o
desvio máximo, em percentagem do valor do campo de medida utilizado, que se comete ao efetuar
qualquer medição. Este erro é então o desvio máximo possível entre o valor medido e o valor real.
O erro relativo admissível dado pelo valor absoluto possível dividido pela medida lida é mínimo na
zona final da escala, uma vez que o erro máximo de medida é constante ao longo de toda a escala.
Podemos inferir que:
O erro relativo cresce em proporção inversa ao valor medido.
Por isso, ao efetuar medições deve-se escolher a gama de medida que permita a leitura do valor a
medir no terço final da escala.
Instrumentos de medida industrial – 5 : 2,5 : 1,5 : 1
Instrumentos de precisão – 0,5 : 0,2 : 0,1
Exemplo:
A classe de precisão de um aparelho é de 1,5 em 50 divisões. O erro absoluto em qualquer leitura
será:
A=0,015 x 50 = 0,75
SIMBOLOGIA UTILIZADA NOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA
De acordo com as normas, os instrumentos de medida elétricos deverão ter inscrições de
informação, tais como:
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
Fabricante do instrumento

Tipo de corrente que pode medir

O mecanismo de medição que se encontra instalado

Grandezas que pode medir

Precisão do valor medido

Posição de funcionamento

Tensão de ensaio do instrumento
EXEMPLO
Exemplo de simbologia inerente aos aparelhos de medida
Aparelho destinado a medição de correntes contínuas, cujo mecanismo de medição é um quadro
móvel. A sua classe de precisão é de 0,2, devendo este ter um posicionamento de funcionamento
horizontal. A tensão de ensaio do equipamento é de 500 V.
SIMBOLOGIA REFERENTE AO TIPO DE CORRENTE
SIMBOLOGIA REFERENTE À TENSÃO DE ENSAIO
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SIMBOLOGIA REFERENTE À POSIÇÃO
SIMBOLOGIA REFERENTE À CONSTITUIÇÃO E FUNCIONAMENTO
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SIMBOLOGIA DE ATENÇÃO, PROTECÇÃO E REGULAÇÃO
Os multímetros digitais apresentam o valor da medida efetuada sob a forma digital num LCD ( display
de cristais líquidos ). No entanto poderá ainda apresentar a medida de uma forma analógica através
de uma barra que se incrementa ou decrementa conforme a grandeza medida.
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Multímetro com indicações digitais e analógicas
Uma das vantagens dos multímetros digitais é a eliminação dos erros por paralaxe e interpolação
verificados com frequência nos aparelhos analógicos.
INCERTEZA NAS MEDIÇÕES
A determinação da incerteza de medição ( majorante do erro de medição ) inerentes à qualidade de
medição de um multímetro digital, é realizada da seguinte forma:
Suponhamos que um determinado multímetro digital, na escala de 20V DC ( medição de tensões
contínuas ), apresenta uma exactidão ( accuracy )(*) de ± ( 0.8% RDG + 1 dgt ) e tem um LCD de
3½ dígitos. Pretende determinar-se o erro relativo ( máximo ) quando se efectuam as leituras de
1.00; 2.00; 5.00, 10.00 e 19.99 V.
O mostrador LCD do multímetro, se tem 3½ dígitos, significa que é constituído por 3 dígitos de 7
segmentos e 1 dígito de 2 segmentos, sendo este último ( o mais significativo ) considerado como ½
dígito:
I.8.8.8
(*) Embora nos manuais dos multímetros apareça o termo exactidão (acccuracy), o termos correcto seria incerteza (uncertainty), dado que
exactidão é uma medida qualitativa da qualidade do instrumento (a incerteza é uma medida quantitativa).
O mostrador deste aparelho pode apresentar um valor máximo de 1999. A posição do ponto decimal
depende da escala escolhida, isto é, para a escala de 20 V DC, temos:
I.8.8.8
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Na instrumentação digital os erros de medição podem calcular-se à custa da característica de
exactidão que vem especificada nos respectivos manuais. Esta exactidão é normalmente
apresentada em duas partes:

Percentagem da leitura (ReaDinG) - erro relativo à medição

Erro de resolução em número de unidades do dígito menos significativo (dgt) – erro absoluto
independente do valor da medição
Enquanto que o primeiro se aplica directamente a cada medição efectuada, o segundo necessita de
ser convertido para um erro absoluto. Isso é feito tendo em conta a posição do ponto decimal e as
unidades da escala que se está a utilizar.
Para o caso em questão, dado um erro de resolução de ±1 dígito menos significativo ( mais à direita )
e utilizando a escala de 20 V DC, teremos um erro absoluto de 0,01 V ( em toda a escala ):
Podem então apresentar-se os erros limite ( incertezas ) das diversas medições na forma de uma
tabela:
Incerteza para diversos valores medidos
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Conclui-se portanto que para minimizar o erro relativo, devem escolher-se as escalas em que as
leituras mais se aproximam do valor de fim de escala ( se o aparelho não dispuser de escolha
automática de alcances ).
EXERCICIOS DE APLICAÇÃO – MULTÍMETRO DIGITAL
1. Num multímetro digital surge um valor de medição idêntico ao representado na figura. Além do
mais é reproduzido um resumo das instruções de funcionamento. Qual será o limite máximo da
tensão eficaz, de acordo com esta informação, se a margem de medição se encontrar ajustada para
uma tensão contínua de 20 V ?
Tabela de especificações do multímetro digital
2. Considere que o multímetro digital apresenta a seguinte tabela de especificações. Para a medição
obtida na alínea 4, determine o desvio mínimo e máximo que esta poderá apresentar.
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3. Num multímetro digital com a indicação 3 1/2 surge uma representação idêntica à da figura da
esquerda. Para além disso é dado um resumo do que consta nas instruções de funcionamento. Que
conclusão se pode tirar das indicações?
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CAPÍTULO 3 – CLASSIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS
Sob o ponto de vista do operador, os instrumentos podem classificar-se em:
- Segundo a localização
a)
Instrumentos de painel, localizados na sala de controlo;
b)
Instrumentos de campo, localizados na área das unidades.
- Segundo as funções
a)
Instrumentos de medição da variável;
b)
Instrumentos de controlo da variável, segundo informações obtidas pelos instrumentos de
medição;
c)
Instrumentos de alarme, que alertam o operador sobre condições anormais das variáveis,
dentro da margem de segurança que o processo e a unidade exigem.
- Segundo as características
a)
Instrumentos indicadores, nos quais a variável é indicada por meio de um ponteiro numa
escala, ou digital;
b)
Instrumentos registadores, nos quais a variável é registada numa carta;
c)
Instrumentos controladores, que mantém a variável num valor pré-determinado.
Naturalmente, os instrumentos podem desempenhar, simultaneamente, uma ou mais das funções
citadas.
Por exemplo: pode ser simplesmente indicador;
Por exemplo: pode ser simplesmente registador;
Por exemplo: pode ser simplesmente controlador;
Por exemplo: pode ser indicador controlador;
Por exemplo: pode ser registador controlador.
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3.1. Sistemas de transmissão (leitura remota)
Em geral, a medição de uma variável é feita no campo e o instrumento pelo qual se acompanha o
valor dessa variável está na Cabine de Controlo.
Isto é possível devido ao que chamamos de transmissão.
Instrumentos que incorporam dispositivos para efetuar a transmissão são chamados instrumentos
transmissores.
Esses dispositivos de transmissão utilizam uma fonte de energia auxiliar. Assim, conforme a natureza
dessa energia auxiliar, os transmissores classificam-se em: pneumáticos, hidráulicos e elétricos.
Os transmissores pneumáticos poderiam usar como fonte de energia qualquer gás seco
pressurizado, no entanto, geralmente, é usado ar comprimido seco.
Os transmissores hidráulicos poderiam usar qualquer líquido, sendo comum o óleo.
Os transmissores elétricos usam, naturalmente, a energia elétrica.
Existem elementos medidores que por natureza geram energia elétrica e não precisam de dispositivo
adicional para transmissão, apenas meio para transmitir (fios condutores).
Se admitirmos que uma variável quando medida varia de 0 a 100, existem convenções que
relacionam esse intervalo de medição com uma faixa de transmissão. Assim, por exemplo, são
comuns as faixas de 3 a 15 “psi” (libras por polegada quadrada), ou 0,2 a 1 kgf/cm2 (quilogramas por
centímetro quadrado) na transmissão pneumática.
Ou 4 a 20 mA (mili amperes) na transmissão elétrica analógica ou 20 mV (milivolts) na transmissão
elétrica digital.
3.2. Instrumentos de pressão
O conceito pressão geralmente é a força normal por unidade de área e costuma ser representado por
uma série de unidades, como: psi (libras por polegada quadrada) bar, atmosfera, Pascal, etc.
No Sistema Internacional de Unidades – S.I. – aprovado na XI Conferência Geral dos pesos e
medidas – CGPM – em Paris, em 11/10/1960, a pressão passou a ser definida em termos de Newton
por metro quadrado, também conhecida como Pascal.
A pressão pode ser medida em termos absolutos ou diferenciais, desta forma é comum identificar
três tipos de pressão:
- Pressão absoluta;
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- Pressão manométrica;
- Pressão diferencial.
a)
Pressão Absoluta
A pressão absoluta é a diferença entre a pressão num ponto particular num fluido e a pressão
absoluta (zero), isto é, vácuo completo. Também se diz que é a medida feita a partir do vácuo
absoluto.
Um exemplo típico de sensor de pressão absoluta é o conhecido barómetro porque a altura da
coluna de mercúrio mede a diferença entre a pressão atmosférica local e a pressão “zero” do vácuo
que existe acima da coluna de mercúrio.
Se a pressão do vapor de mercúrio Pv for dada em milímetros de mercúrio (mmHg) e R for medido
na mesma unidade, a pressão em A pode ser expressa por: Pv+R=PA (mmHg)
b)
Pressão Manométrica
É a diferença medida entre uma pressão desconhecida e a atmosférica. A pressão manométrica é
também conhecida como pressão relativa.
c)
Pressão diferencial
É a diferença medida entre duas pressões desconhecidas, sendo nenhuma delas a pressão
atmosférica.
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É de grande importância, ao exprimir um valor de pressão, determinar se ela é absoluta, relativa ou
diferencial.
d)
Pressão Negativa ou Vácuo
É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.
e)
Pressão Estática
É a pressão exercida por um líquido em repouso ou que esteja a fluir perpendicularmente à tomada
de impulso, por unidade de área exercida.
f)
Pressão Dinâmica ou Cinética
É a pressão exercida por um fluido em movimento. É medida fazendo a tomada do impulso de tal
forma que recebe o impacto do fluido.
A identificação usada para os instrumentos de pressão (manómetros) é a seguinte:
Forma simples
PI - Indicadores de pressão;
PR - Registadores de pressão;
PC - Controladores de pressão;
PA - Alarmes de pressão.
Formas compostas
PIC - Controladores-registadores de pressão;
PRC - Controladores-indicadores de pressão.
Formas especiais
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É quando um sistema tem pressão relativa menor que a pressão atmosférica.
e) Pressão Estática
É a pressão exercida por um líquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente à tomada de
impulso, por unidade de área exercida.
f) Pressão Dinâmica ou Cinética
É a pressão exercida por um fluido em movimento. É medida fazendo a tomada de impulso de tal forma
que recebe o impacto do fluido.
PCV - Válvulas de controlo, auto-operadas por pressão;
A identificação usada para os instrumentos de pressão (manômetros) é a seguinte:
PSV - Válvulas de segurança (“pressure safety valve”).
a) Forma simples
PI
Indicadores de pressão;
PR
Registradores de pressão;
PC Tipos
Controladores
de pressão;
3.2.1
de instrumentos
medidores de pressão
PA
Alarmes de pressão.
Os
utilizados pelos medidores de pressão são vários, destacando-se o de balanceamento
b) princípios
Formas compostas
PIC
de pressão;
ou
equilíbrioControladores-indicadores
de uma pressão desconhecida
contra uma pressão de valor conhecido (manómetros de
PRC
Controladores-registradores de pressão.
coluna de mercúrio ou outro líquido); e o princípio da medição de pressão pela deformação elástica
c) Formas especiais
de
certos elementos
(molas, foles, diafragma, etc.).
PCV
Válvulas de controle, auto-operadas por pressão;
PSV
Válvulas de segurança (
pressure safety valve
).
5.1principais
Tipos de tipos
instrumentos
medidores
de pressão
Os
de instrumentos
medidores
de pressão são os que se seguem:
Os princípios utilizados pelos medidores de pressão são vários, destacando-se o de balanceamento ou
equilíbrio de uma pressão desconhecida contra uma pressão de valor conhecido (manômetros de coluna de
mercúrio ou outro líquido); e o princípio da medição de pressão pela deformação elástica de certos
elementos (molas, foles, diafragma, etc.).
a)Os
Indicadores
tipo
em “U”medidores
e de coluna
principais tipos
detubo
instrumentos
de pressão são os que se seguem:
Oa)tipo
mais simples
dos manómetros
e, ao mesmo tempo, um dos mais exatos é o tubo em “U”, visto
Indicadores
tipo tubo
em
Ue de coluna
O tipo mais simples dos manômetros e, ao mesmo tempo, um dos mais exatos é o tubo em
U
, visto nas
nas
figuras abaixo.
figuras abaixo.
Uma
modificação
tubo “U” é o manómetro de coluna, no qual um dos braços do tubo “U”7é
Professor
Luís Francisco do
Casteletti
substituído por uma cuba de grande diâmetro.
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ão do tubo
Ué o manômetro de coluna, no
aços do tubo
Ué substituído por uma cuba de
ro.
ma modificação do tubo
Ué o manômetro de coluna, no
al um dos braços do tubo
Ué substituído por uma cuba de
ande diâmetro.
b) Indicadores tipo campânulas
s tipo campânulas
Esses medidores equilibram a pressão a determinar contra um peso conhecido. São de grande
es equilibram a pressão
r contra um peso
sensibilidade e utilizados para medição de tiragem de caldeiras e fornos. A figura abaixo mostra um
São
de
grande
e
utilizadosdesses
para medidores.
iragem de caldeiras e
ura abaixo mostra um
ores.
Indicadores tipo campânulas
ses medidores equilibram a pressão
determinar contra um peso
nhecido.
São
de
grande
nsibilidade
e
utilizados
para
edição de tiragem de caldeiras e
snos.
tipo A
diafragma
figura abaixo mostra um
comumente usados, com
sses medidores.
gem sobre os anteriores,
is robustos, compactos e
são designados
draft-Gage).
pelo
c)diafragma
Indicadores tipo diafragma
Indicadores tipo
lado mostra um desses
o os mais comumente usados, com
Em geral, a escala éos
em
comumente usados, com grande vantagem sobre os anteriores, por serem mais
ande vantagem São
sobre osmais
anteriores,
centímetros de coluna de
r serem mais robustos,
compactos
e e económicos.
robustos,
compactos
onômicos.
Geralmente, sãopelo
designados pelo símbolo “DG” (draft-Gage).
eralmente, são designados
mbolo
DG(draft-Gage).
A figura ao lado mostra um desses instrumentos. Em geral, a escala é em polegadas ou centímetros
s tipo Bourdon
figura ao lado mostra um
desses
de água.
do tipo Bourdondeé coluna
constituído,
externamente, de uma caixa, uma escala e um ponteiro e,
trumentos. Em geral, a escala é em
de um tubo encurvado denominado tubo de
Bourdon
, de secção elíptica, que tende a abrirlegadas ou centímetros de coluna de
da pressão do fluido que é conectado na extremidade fixa.
ua.
cisco Casteletti
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8
Indicadores tipo Bourdon
manômetro do tipo Bourdon é constituído, externamente, de uma caixa, uma escala e um ponteiro e,
Indicadores tipo campânulas
ses medidores equilibram a pressão
determinar contra um peso
nhecido.
São
de
grande
nsibilidade
e
utilizados
para
edição de tiragem de caldeiras e
nos. A figura abaixo mostra um
sses medidores.
Indicadores tipo diafragma
o os mais comumente usados, com
Indicadores
tipo Bourdon
ande vantagem d)
sobre
os anteriores,
r serem mais robustos, compactos e
O manómetro do tipo Bourdon é constituído, externamente, de uma caixa, uma escala e um ponteiro
onômicos.
e, internamente, de um tubo encurvado denominado tubo de “Bourdon”, de secção elíptica, que
eralmente, são designados pelo
mbolo
DG(draft-Gage).
tende a abrir-se sob a ação da pressão do fluido que é conectado na extremidade fixa.
figura ao lado mostra um desses
trumentos. Em geral, a escala é em
legadas ou centímetros de coluna de
ua.
Indicadores tipo Bourdon
manômetro do tipo Bourdon é constituído, externamente, de uma caixa, uma escala e um ponteiro e,
ernamente, de um tubo encurvado denominado tubo de
Bourdon
, de secção elíptica, que tende a abrirsob a ação da pressão do fluido que é conectado na extremidade fixa.
A extremidade fechada é ligada a um sistema de alavanca, engrenagens setor e pinhão8 que transformam o
pequeno deslocamento daquela extremidade em movimento de rotação, ampliado, indicando, por meio de
Aumextremidade
fechada
é convenientemente
ligada a um sistema
de alavanca,
setor
e pinhão
ponteiro em uma
escala
graduada,
o valor da engrenagens
pressão medida,
de acordo
com que
a
distensão ou contração do tubo Bourdon.
fessor Luís Francisco Casteletti
transformam o pequeno deslocamento daquela extremidade em movimento de rotação, ampliado,
indicando, por meio de um ponteiro numa escala convenientemente graduada, o valor da pressão
medida, de acordo com a distensão ou contração do tubo Bourdon.
Geralmente, o próprio fluido entra em contato com o tubo de Bourdon. Porém, quando o fluido é corrosivo,
03/11 v01no tubo de Bourdon, ou contém sólidos
21 de
ou possue temperaturas elevadas, ou pode Edição:
solidificar-se
em186
suspensão, costuma-se proteger o manômetro por meio de um líquido de selagem.
Quando o líquido é corrosivo, ou pode solidificar-se no Bourdon, como no caso do asfalto, pode-se usar,
além do líquido de selagem, um sistema de diafragma para isolar o líquido de selagem do fluido, cuja
A extremidade fechada é ligada a um sistema de alavanca, engrenagens setor e pinhão que transformam o
Instrumentação
Industrial
pequeno
deslocamento
daquela extremidade em movimento de rotação, ampliado, indicando, por meio de
um ponteiro em uma escala convenientemente graduada, o valor da pressão medida, de acordo com a
distensão ou contração do tubo Bourdon.
Geralmente, o próprio fluido entra em contato com o tubo de Bourdon. Porém, quando o fluido é corrosivo,
ou possue temperaturas elevadas, ou pode solidificar-se no tubo de Bourdon, ou contém sólidos em
suspensão, costuma-se proteger o manômetro por meio de um líquido de selagem.
Geralmente,
o próprio
fluido
em contato no
com
o tubocomo
de Bourdon.
Porém,
fluido é
Quando
o líquido
é corrosivo,
ou entra
pode solidificar-se
Bourdon,
no caso do
asfalto,quando
pode-seousar,
além
do
líquido
de
selagem,
um
sistema
de
diafragma
para
isolar
o
líquido
de
selagem
do
fluido,
cuja
corrosivo, ou possui temperaturas elevadas, ou pode solidificar-se no tubo de Bourdon, ou contém
pressão se quer medir.
sólidos
suspensão, costuma
proteger-se
o manómetro
meio de
um líquido
de selagem.
Nos
casosem
de temperaturas
elevadas, é
comum o uso
de sifão, feitopor
na própria
tubulação
da tomada,
a fim
de obrigar a que uma parte fria do tubo esteja sempre em contato com o manômetro.
Quando o líquido
secomo,
pode os
solidificar
no nas
Bourdon,
comodenobombas
caso do
asfalto, pode-se
Manômetros
sujeitos éacorrosivo,
pulsações,ou
tais
colocados
descargas
recíprocas,
são
geralmente
danificados.
usar, além do líquido de selagem, um sistema de diafragma para isolar o líquido de selagem do
Para a sua proteção podem-se usar dispositivos amortecedores entre a tomada e o manômetro.
fluido,
cuja pressão
se quer medir.
Na
instalação
de um manômetro
deve-se sempre prever a colocação de uma válvula de bloqueio e de uma
válvula de dreno, a fim de permitir a remoção do instrumento para reparos, mesmo com o sistema em
operação.
Nos casos de temperaturas elevadas, é comum o uso de sifão, feito na própria tubulação da tomada,
a fim de obrigar a que uma parte fria do tubo esteja sempre em contato com o manómetro.
e)Manómetros
Indicadores tipo
fole
sujeitos
a pulsações, tais como, os colocados nas descargas de bombas recíprocas,
Consiste, basicamente, em um cilindro metálico, corrugado
geralmente danificados.
ousão
sanfonado.
Quando uma pressão é aplicada no interior do fole,
provoca
e como ele
temdispositivos
que venceramortecedores
a
Para a sua
sua distensão,
proteção podem-se
usar
entre a tomada e o manómetro. Na
flexibilidade do material e a força de oposição da mola que
instalação
de umfechado,
manómetro
deve-se sempre
prever a colocação de uma válvula de bloqueio e de
tende
à mantê-lo
o deslocamento
do ponteiro
ligado
à
haste
é
proporcional
à
pressão
aplicada
à
parte do instrumento para reparos, mesmo com o
uma válvula de dreno, a fim de permitir a remoção
interna do fole.
sistema em operação.
9
Professor Luís Francisco Casteletti
e) Indicadores tipo “fole”
Consiste, basicamente, num cilindro metálico, corrugado ou sanfonado. Quando uma pressão é
aplicada no interior do fole, provoca a sua distensão, e como ele tem que vencer a flexibilidade do
material e a força de oposição da mola que tende a mantê-lo fechado, o deslocamento do ponteiro
ligado à haste é proporcional à pressão aplicada à parte interna do fole.
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e temperaturas elevadas, é comum o uso de sifão, feito na própria tubulação da tomada, a fim
que uma parte fria do tubo esteja sempre em contato com o manômetro.
sujeitos a pulsações, tais como, os colocados nas descargas de bombas recíprocas, são
danificados.
roteção podem-se usar dispositivos amortecedores entre a tomada e o manômetro.
o de um manômetro deve-se sempre prever a colocação de uma válvula de bloqueio e de uma
reno, a fim de permitir
a remoção
do instrumento para reparos, mesmo com o sistema em
Instrumentação
Industrial
es tipo fole
sicamente, em um cilindro metálico, corrugado
o.
a pressão é aplicada no interior do fole,
a distensão, e como ele tem que vencer a
do material e a força de oposição da mola que
ntê-lo fechado, o deslocamento do ponteiro
te é proporcional à pressão aplicada à parte
le.
rancisco Casteletti
f) Transdutores de Pressão por Silício
9
Os transdutores de pressão por silício são sensores que convertem a grandeza física pressão em
sinal elétrico. No seu centro existe uma célula de medição que consiste numa pastilha com um fino
diafragma de silício acoplado, formando um wafer – o silício é implantado por difusão e dopado
(contaminado) com arsénio, formando um semicondutor do tipo-n, no qual caminhos resistivos são
formados pela implantação iónica para transferir o nível exato de força a um circuito ponte de
Wheatstone de silício.
Quando o transdutor é submetido a uma carga de pressão, o diafragma sofre uma deflexão, gerando
variações nas resistências implantadas, de acordo com o efeito piezoresistivo. A espessura do
diafragma, a área da superfície e o desenho geométrico das resistências determinam a
permissibilidade da faixa de pressão. Efeitos mecânicos do suporte nas células de medição podem
largamente ser evitados pelos aspectos estruturais.
Devido às suas características funcionais e sensibilidade, podem ser montados em tamanhos
relativamente reduzidos, o que permite a sua aplicação em áreas variadas como:
-
Medidores de pressão sanguínea;
-
Sistemas de injeção electrónica;
-
Sistemas de robótica;
-
Controlo de pressão em microbombas;
-
Concentradores de oxigénio e respiradores;
-
Controladores de nível e transmissão de fluidos.
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g) Registadores de pressão
Os registadores permitem o registo num gráfico (papel com escalas) dos valores da variável durante
um certo período de pressão e são semelhantes aos indicadores, com a diferença de serem dotados
de dispositivos e de tempo.
Para isso, possuem um mecanismo de relojoaria que pode ser acionado mecanicamente por “corda”,
por um motor elétrico ou por acionador pneumático.
Os registadores de pressão, comumente, usam como elementos medidores, espirais e hélices que
nada mais são do que variações de tubos de Bourdon, os quais, pelo fato de possuírem várias voltas,
proporcionam maior deslocamento para uma mesma mudança de pressão, possibilitando grandes
movimentos da pena, mesmo sem mecanismos de engrenagens.
As figuras abaixo mostram alguns tipos de registadores.
As figuras abaixo mostram alguns tipos de registradores.
Podem situar-se no campo ou na casa de controle, dependendo da importância da pressão no sistema e da
segurança.
Quando na casa de controle, o registrador, em geral, possuem como elemento medidor um sistema de folemola, que funciona como receptor pneumático do sinal transmitido do campo.
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g) Controladores de pressão
Os controladores de pressão, como os demais controladores, recebem um sinal correspondente ao valor da
variável medida e comparam com um valor pré-estabelecido e enviam, quando necessário um sinal de
guras abaixo mostram alguns tipos de registradores.
Podem situar-se no campo ou na cabine de controlo, dependendo da importância da pressão no
sistema e da segurança. Quando na cabine de controlo, o registador, em geral, possui como
elemento medidor um sistema de fole-mola, que funciona como receptor pneumático do sinal
transmitido do campo.
em situar-se no campo ou na casa de controle, dependendo da importância da pressão no sistema e da
g) Controladores de pressão
urança.
ndo na casa de controle, o registrador, em geral, possuem como elemento medidor um sistema de foleOs controladores
de pressão,
os demais
controladores, recebem um sinal correspondente ao
a, que funciona como
receptor pneumático
do sinalcomo
transmitido
do campo.
valor da variável medida e comparam com um valor pré-estabelecido e enviam, quando necessário
ontroladores de pressão
controladores de um
pressão,
os demais
controladores,
um sinal correspondente ao valor da
sinal como
de correção,
para
uma válvularecebem
de controlo.
ável medida e comparam com um valor pré-estabelecido e enviam, quando necessário um sinal de
eção, para uma válvula de controle.
omendações
instrumentos de pressão podem ser
mente danificados, especialmente
ndo operados com valores acima do
imo permitido.
m sendo, se um sistema ou
pamento estiver sendo testado, com
res de pressão acima do normal de
ação, os manômetros e demais
umentos de pressão devem ser
ueados.
mudança dos gráficos a pena poderá ser levantada, mas não forçada em nenhuma direção.
a prevenir possíveis
sobrepressões, geralmente, os manômetros usados em um local tem alcance duas
Recomendações
es maior ao da pressão normal.
Os instrumentos de pressão podem ser facilmente danificados, especialmente quando operados com
strumentos de valores
temperatura
acima do máximo permitido.
mperatura é de certa
maneira,
variável
mais importante
da indústria
do petróleo.
Assim
sendo,ase
um sistema
ou equipamento
estiver
a ser testado, com valores de pressão acima do
normal de no
operação,
os manómetros
e demais
instrumentos
de do
pressão
devem
controle é imprescindível
fracionamento
do petróleo,
nas fases
intermediárias
processo
e naser bloqueados.
ecificação final dos produtos acabados. Também o craqueamento exige severidade nas temperaturas
Na mudança dos gráficos a agulha ou jacto poderá ser levantada, mas não forçada em nenhuma
roladas.
direção.conceituada, como o grau de aquecimento ou resfriamento de uma substância,
peratura é, geralmente,
orpo e é medida por meio de instrumentos denominados termômetros.
Para prevenir possíveis sobrepressões, geralmente, os manómetros usados num local tem alcance
duas vezes maior ao da pressão normal.
11
ssor Luís Francisco Casteletti
3.3. Instrumentos de temperatura
A temperatura é de certa maneira, a variável mais importante da indústria do petróleo. O seu controlo
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é imprescindível no fracionamento do petróleo, nas fases intermediárias do processo e na
especificação final dos produtos acabados. Também há outras aplicações que exigem severidade
nas temperaturas controladas.
Temperatura é, geralmente, conceituada, como o grau de aquecimento ou arrefecimento de uma
substância, ou corpo e é medida por meio de instrumentos denominados termómetros.
Calor é a energia em trânsito que é transferida por meio da fronteira de um sistema termodinâmico
em virtude de uma diferença de temperatura.
3.3.1. Formas de Transferência da Energia Térmica
A energia térmica é transferida de um sistema a outro de três formas possíveis.
- Condução: a condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura
para outra de temperatura mais baixa, dentro de um sólido, líquido ou gasoso, ou entre meios
diferentes em contato físico direto. Exemplo: um garfo aquecido numa panela com água quente.
- Radiação: é um processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa,
quando estão separados no espaço, ainda que exista vácuo. Exemplo: aquecimento solar.
- Convecção: é um processo de transporte de energia pela ação combinada da condução de calor,
armazenamento de energia e movimento da mistura. A convecção é mais importante como
mecanismo de transferência de energia (calor) entre uma superfície sólida e um líquido ou gás.
Exemplo: o calor de um andar de um edifício em chamas transferido para o andar supeior.
3.3.2. Termometria
Termometria significa “Medição de temperatura”. Eventualmente o termo pirometria é também
aplicado com o mesmo significado, porém baseando-se na etimologia das palavras, podemos definir:
- Pirometria: medição de altas temperaturas, na faixa em que os efeitos de radiação térmica passam
a manifestar-se.
- Criometria: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de
temperatura.
- Termometria: termo mais abrangente que incluiria tanto a pirometria, como a criometria que seriam
casos particulares de medição.
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3.3.3. Escalas de temperatura
- Fahrenheit: 32ºF para a temperatura de congelamento da água e 212ºF para a temperatura de
ebulição da água. Possui 180 divisões entre esses dois pontos.
- Celsius: 0ºC para a temperatura de congelamento da água e 100ºC para a temperatura de ebulição
da água. Possui 100 divisões entre esses dois pontos.
- Kelvin: 273K para a temperatura de congelamento da água e 373K para a temperatura de ebulição
da água. Possui 100 divisões entre esses dois pontos. É chamada de escala absoluta.
3.3.4. A identificação usual para os instrumentos de temperatura é a seguinte:
a)
Formas simples
TI
Indicador de temperatura (transmitido à cabine de controlo);
ThI
Indicador de temperatura local;
TR
Registador de temperatura;
TC
Controlador de temperatura;
TA
Alarme (cego) de temperatura.
b)
Formas compostas
TIC Indicador-controlador de temperatura;
TRC Registador-controlador de temperatura.
c)
Formas especiais
TW - Poços de termómetros;
TE - Elemento de medição de temperatura;
TCV - Válvulas de controlo, auto-operadas por temperatura;
TSV - Válvulas de segurança (“temperatura safety valve”) para controlo de temperatura.
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3.3.5. Tipos de instrumentos medidores de temperatura
Sob o ponto de vista industrial, os termómetros podem ser classificados nos seguintes principais
tipos, de acordo com os seus princípios de funcionamento: - Termómetros de dilatação
-
termómetro de mercúrio;
-
termómetros bimetálicos;
-
termómetro de pressão.
- Sistemas termoelétricos
-
termopares;
-
termómetros de resistência.
- Sistemas termoelétricos
termopares;
- Pirómetros óticos - Instrumentos indicadores, registadores e controladores para pares
termômetros de resistência.
Pirômetros
óticos
termoelétricos
- Instrumentos indicadores, registradores e controladores para pares termoelétricos
a) Termômetros de dilatação
Termômetro de mercúrio
a) Termómetros de dilatação Termómetro de mercúrio O termómetro de mercúrio é o mais
O termômetro de mercúrio é o mais simples dos indicadores de temperatura.
simples dos indicadores de temperatura.
Consiste de um tubo capilar de vidro, tendo, numa das extremidades, um bulbo cheio de mercúrio que,
quando aquecido, se dilata, indo atingir uma certa altura no tubo capilar e seu valor sendo lido na escala
termométrica.
As escalas termométricas, mais comuns, são graduadas em graus Celsius (ºC) e em graus Fahrenheit (ºF),
Consiste
uma correspondência
tubo capilar de entre
vidro,essas
tendo,
numa
dasé extremidades,
um bulbo cheio de mercúrio
sendodeque
duas
escalas
dada pelas relações:
ºC =
5
(ºF - 32)
9
9
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28 de 186
que, quando aquecido, se dilata, indo atingir uma certa altura no tubo capilar e o seu valor é lido na
escala termométrica.
As escalas termométricas, mais comuns, são graduadas em graus Celsius (ºC) e em graus
As escalas termométricas, mais comuns, são graduadas em graus Celsius (
Fahrenheit (ºF), sendo que a correspondência
entre essas duas escalas é dada pelas relações:
sendo que a correspondência entre essas duas escalas é dada pelas relaçõe
ºC =
5
(ºF - 32)
9
ºF =
9
ºC + 32
5
Os termômetros de mercúrio não são usados muito freqüentemente na
Os termómetros de mercúrio não sãofragilidade,
usados muito
frequentemente
na que
indústria,
face
a suae grande
em especial
nos casos em
ocorrem
grandes
bruscas variaç
fragilidade, em especial nos casos em que ocorrem grandes e bruscas variações de temperatura.
b) Termómetros bimetálicos
b) Termômetros bimetálicos
Se aquecermos uma barra metálica, constituída de dois metais de coefic
soldados entre si longitudinalmente, esta barra se deformará, alongando-se d
Como existe uma correlação entre a deformação da barra e a temperatura a
Se aquecermos uma barra metálica,
constituída
metais
coeficientes
de dilatação
bimetálicos
podemdeserdois
usados
como de
termômetros
indicadores.
diferentes, soldados entre si longitudinalmente, esta barra vai deformar, alongando-se desigualmente
em duas partes.
O termômetro bimetálico
É um instrumento resistente e preciso que substitui com vantagem o termôm
local de temperatura.
Como existe uma correlação entre a deformação da barra e a temperatura a que é submetida, os
elementos bimetálicos podem ser usados como termómetros indicadores.
O termómetro bimetálico
É um instrumento resistente e preciso que substitui com vantagem o termómetro de mercúrio, na
indicação local de temperatura.
Em geral, a barra bimetálica é enrolada em forma de hélice, com uma das extremidades presa ao
bulbo do termómetro e a outra ligada a um ponteiro. Quando varia a temperatura do meio em que
está imerso o termómetro, a hélice bimetálica expande-se ou contrai-se e sua ponta livre indicará,
através do ponteiro, numa escala previamente graduada, a temperatura medida.
Geralmente, emprega-se o “INVAR”, como metal de pequena expansão e o latão ou ligas de níquel,
como metal de grande expansão.
O termómetro bimetálico pode ser empregado para medir temperaturas desde -40ºC (-104ºF) até
+427ºC (+800ºF), com um erro de ± 1%.
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Visando a proteção mecânica do termómetro bimetálico e facilidade de manutenção, costuma-se
instalar o mesmo em poço termométrico. A figura abaixo mostra um termómetro bimetálico.
c) Termómetros de pressão
Os termómetros tipo pressão utilizam, para medição da temperatura, a expansão térmica dos fluidos,
uma vez que existe uma correlação entre a temperatura e a pressão exercida pelo fluido em sistema
fechado.
Portanto, um termómetro de pressão, nada mais é do que um instrumento que mede a pressão
interna num sistema fechado, conforme mostrado na figura abaixo.
A grande vantagem destes termómetros de pressão em relação aos bimetálicos é que nos de
pressão existe a possibilidade de leituras remotas.
Conforme a natureza do fluido contido no sistema fechado, os termómetros de pressão classificamse em:
I)
Termómetros de pressão de líquido;
II)
Termómetros de pressão de gás;
III)
Termómetros de pressão de vapor.
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30 de 186
I) Termómetros de pressão de líquido
Constam de um bulbo cheio de líquido ligado a uma espiral ou a um tubo de Bourdon por meio de um
tubo capilar.
Ao aumentar a temperatura, o líquido expande-se e causa a deformação do elemento medidor de
temperatura.
Os líquidos mais usados para enchimento do sistema são: mercúrio (devido à grande diferença entre
os pontos de congelamento e de ebulição), álcool etílico, tolueno, etc. Os termómetros de pressão de
líquido são utilizados na faixa de temperaturas entre -40ºC (-104ºF) e +538ºC (1.000ºF) e
apresentam uma variação de ± 0,5%.
Estes termómetros estão sujeitos a erros devido à influência da temperatura ambiente, tanto no
capilar, como no sistema espiral ou Bourdon.
Entretanto, esses erros são corrigidos pela introdução de compensadores do tipo bimetálico que
podem compensar somente a espiral ou Bourdon (mostrado na figura abaixo) ou, então, usando-se
um outro conjunto capilar-espiral (ou Bourdon) de compensação, etc.
II) Termómetros de pressão de gás
Quando o fluído de enchimento do sistema for um gás, teremos um termómetro de pressão de gás,
usando na faixa de -130ºC (-200ºF) a 427ºC (800ºF). Geralmente são gases inertes, como por
exemplo, o nitrogénio. Prestam-se muito bem para medidas de baixas temperaturas. Qualquer
vazamento de gás trará, como consequência, a inutilização do conjunto bulbo-capilar-espiral.
III) Termómetros de pressão de vapor
Quando o elemento de pressão for atuado pelo vapor que enche parcialmente o sistema de medição,
teremos um termómetro de pressão de vapor. A superfície livre do líquido deverá estar sempre no
bulbo, vaporizando-se ou condensando-se, conforme a temperatura medida aumente ou diminua.
A escala, naturalmente, depende do líquido do bulbo, porém são aplicáveis a valores desde -50ºC
(122ºF) até +300ºC (572ºF).
Edição: 03/11 v01
31 de 186
ros de pressão de gás
do de enchimento do sistema for um gás, teremos um termômetro de pressão de gás, usando
30ºC (-200ºF) a 427ºC (800ºF).
ão gases inertes,
como por exemplo,
o nitrogênio. Prestam-se muito bem para medidas de
Instrumentação
Industrial
aturas.
amento de gás trará, como conseqüência, a inutilização do conjunto bulbo-capilar-espiral.
ros de pressão de vapor
emento de pressão for atuado pelo vapor que
lmente o sistema de medição, teremos um
e pressão de vapor.
vre do líquido
deveráde
estar
ômetros
de pressão
gássempre no bulbo,
eo ou
condensando-se,
conforme
a temperatura
fluído de enchimento do sistema
for um gás, teremos um termômetro de pressão de gás, usando
nte
ou
diminua.
de -130ºC (-200ºF) a 427ºC (800ºF).
ente são gases inertes, como por exemplo, o nitrogênio. Prestam-se muito bem para medidas de
uralmente,
depende do líquido do bulbo, porém
emperaturas.
s
a
valores
(122ºF)
até +300ºC a inutilização do conjunto bulbo-capilar-espiral.
er vazamentodesde
de gás-50ºC
trará, como
conseqüência,
mômetros de pressão de vapor
o elemento de 3.3.6.
pressão
for atuado
pelo vapor que
Sistemas
termoelétricos
sparcialmente
termoelétricos
o sistema de medição, teremos um
es
etro de pressão de
vapor.
a)
Termopares
efície
funcionamento
desses
termômetros
é a formação
livre do líquido
deverá
estar sempre
no bulbo,de uma força eletromotriz (f.e.m.), que se
uito
formado
pela
junção
de
dois
ando-se ou condensando-se,
conforme
a temperatura
O princípio
de funcionamento
desses termómetros é a formação de uma força eletromotriz (f.e.m.),
ntes,
quando
essas
junções estão
a
aumente
ou diminua.
diferentes, conforme
a
figura
que se gera no circuito formado pela junção de dois metais diferentes, quando essas junções estão a
a, naturalmente, depende do líquido do bulbo, porém
temperaturas
cáveis a valores
desde -50ºCdiferentes,
(122ºF) atéconforme
+300ºC a figura abaixo.
ada é tanto mais intensa quanto
iferença de temperatura
(T1 - T2),
A f.e.m. gerada
é tanto mais intensa quanto maior for a diferença de temperatura (T1 - T2), servindo,
anto, como medida de T1 se T2 for
portanto, como medida de T1 se T2 for mantida constante.
ante.
es mais usados,
industrialmente
Os termopares
mais usados, industrialmente falando, são formados pelos pares: ferro e constantan;
temas termoelétricos
formados pelos pares: ferro e
opares
cromel
e alumel; cobre e constantan.
omel e alumel; cobre
e constantan.
pio de funcionamento desses termômetros é a formação de uma força eletromotriz (f.e.m.), que se
o circuito formado pela junção de dois
diferentes, quando essas junções estão a
turas diferentes, conforme a figura
um meio prático de medir temperatura, pois, além de ser possível instalá-lo em qualquer lugar,
a f.e.m. ser medida a grandes distâncias sem perda de precisão.
. gerada é tanto mais intensa quanto
um termopar para um determinado serviço, deve ser feita considerando todas as possíveis
or a diferença de temperatura (T1 - T2),
rmas exigidas pelo processo.
o, portanto, como medida de T1 se T2 for
constante.
nterligam o par termoelétrico ao instrumento medidor são denominados
fios de extensãoou
ensação
.
mopares mais usados, industrialmente
são formados pelos pares: ferro e
es em geral, tem seus fios isolados por isoladores de cerâmica e terminam num bloco de
tan; cromel e alumel; cobre e constantan.
e os
fios de extensãosão conectados.
O termopar é um meio prático de medir temperatura, pois, além de ser possível instalá-lo em
guir relaciona os tipos de termopares e a faixa de temperatura usual, com as vantagens e
par é um meio prático
de medir
pois,
além de
possível
instalá-lo distâncias
em qualquersem
lugar,
qualquer
lugar,temperatura,
pode, ainda,
a f.e.m.
serser
medida
a grandes
perda de precisão.
nda, a f.e.m. ser medida a grandes distâncias sem perda de precisão.
ncisco Casteletti
A escolha de um termopar para um determinado serviço, deve ser
15 feita considerando todas as
ha de um termopar para um determinado serviço, deve ser feita considerando todas as possíveis
s e normas exigidas
pelo processo.
possíveis
variáveis e normas exigidas pelo processo.
que interligam oOs
par fios
termoelétrico
ao instrumento
são denominados

fios demedidor
extensão
ou denominados “fios de
que interligam
o par medidor
termoelétrico
ao instrumento
são
compensação
.
Edição: 03/11
mopares em geral, tem seus fios isolados por isoladores de cerâmica
e v01
terminam num bloco de
o, onde os
fios de extensãosão conectados.
32 de 186
extensão” ou “fios de compensação”.
Os termopares em geral, tem seus fios isolados por isoladores de cerâmica e terminam num bloco de
conexão, onde os “fios de extensão” são ligados.
A tabela a seguir relaciona os tipos de termopares e a faixa de temperatura usual, com as vantagens
e restrições.
Edição: 03/11 v01
33 de 186
Edição: 03/11 v01
34 de 186
Para facilitar a identificação do tipo de fio e da polaridade dos condutores, cada norma convencionou
asPara
cores
dos aisolamentos.
A tabela
indica a dos
codificação
de cada
coresnorma
utilizada,
segundoasas
facilitar
identificação do
tipo de a
fioseguir
e da polaridade
condutores,
convencionou
cores das
isolações.e Aalemã.
tabela a seguir indica a codificação de cores utilizada, segundo as normas americana
normas
americana
e alemã.
TEMOPAR
TIPO
-
EXTENSÃO
OU
COMPENSAÇÃO
TIPO
MATERIAL DOS
CONDUTORES
POSITIVO
NEGATIVO
COLORAÇÃO DA ISOLAÇÃO
NORMA AMERICANA
ANSI MC 96.1 - 1982
CAPA
POSIT NEGA
EXTE
NORMA ALEMÃ DIN
43710 - 4
CAPA
POSI
NEGA
EXTE
CAPA
EXTE
POSI
NEGA
IEC 584 3
T
TX
Cobre
Constantan
Azul
Azul
Vermel
Marrom
Verme
Marrom
Marrom
Marrom
Branca
J
JX
Fero
Constantan
Preta
Branca
Vermel
Azul
Vermel
Azul
Preto
Preto
Branca
E
EX
Chromel
Constantan
Roxa
Roxa
Vermel
-
-
-
Violeta
Violeta
Branca
K
KX
Chromel
Alumel
Amarel
Amarel
Vermel
Verde
Vermel
Verde
Verde
Verde
Branca
K
WX*
Ferro
Cupronel
Branca
Verde
Vermel
Verde
Vermel
Verde
-
-
-
S, R
SX
Cobre
Cu/Ni
Verde
Preta
Vermel
Branca
Vermel
Branca
Laranja
Laranja
Branca
B
BX
Cobre
Cobre
Cinza
Cinza
Vermel
-
-
-
-
-
-
N
NX
Nicrosil
Nisil
Laranja
Laranja
Vermel
-
-
-
Rosa
Rosa
Branca
Fios e cabos tipo WX, para termopar tipo K, foram excluídos da Norma ANSI MC 96.1.
e cabos
tipo WX,
termopar
tipoS.A.
K, foram excluídos da Norma ANSI MC – 96.1
-Fios
Fonte:
Catálogo
Geralpara
Pirometria
ECIL
-
Termômetros de
b)b)Termómetros
de resistência
resistência
Seu princípio de funcionamento baseia-se na variação da resistência elétrica dos metais com a temperatura.
materiais
usados são a platina
ou o níquel.
OGeralmente,
seu princípio
de funcionamento
baseia-se
na variação da resistência elétrica dos metais com a
temperatura. Geralmente, materiais usados são a platina ou o níquel.
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17
-
-
Fios e cabos tipo WX, para termopar tipo K, foram excluídos da Norma ANSI MC 96.1.
Fonte: Catálogo Geral Pirometria ECIL S.A.
) Termômetros Instrumentação
de resistência Industrial
eu princípio de funcionamento baseia-se na variação da resistência elétrica dos metais com a temperatura.
Geralmente, materiais usados são a platina ou o níquel.
17
rofessor Luís Francisco Casteletti
3.3.7. Pirómetros óticos
Os corpos aquecidos emitem radiações perceptíveis ao olho humano quando as temperaturas são
bastante elevadas.
Comparando-se a cor da radiação emitida com a de um padrão, consegue-se determinar a
temperatura do corpo.
Os pirómetros óticos são usados em fornos deInstrumentação
siderurgia,Industrial
principalmente.
s
emitem radiações perceptíveis ao olho humano quando
astante elevadas.
da radiação emitida com a de um padrão, consegue-se
ura do corpo.
ão usados em fornos de siderurgia, principalmente.
icadores para termopares
or de temperatura é um instrumento múltiplo, isto é, muitos termopares chegam a um
então chegam a um dispositivo digital que permite selecionar o par desejado.
Edição: 03/11 v01
de temperaturas, geralmente, é usado para verificação de temperaturas de
dores e controladores, bem como para dar ao operador leitura instantânea da
s pontos da unidade de processamento.
36 de 186
Instrumentação
6.7. Pirômetros óticos
Os corpos aquecidos emitem radiações perceptíveis ao olho humano quando
as temperaturas são bastante elevadas.
Comparando-se
a corpara
da radiação
emitida com a de um padrão, consegue-se
3.3.8. Instrumentos
indicadores
termopares
determinar a temperatura do corpo.
Geralmente, o indicador de temperatura é um instrumento múltiplo, isto é, muitos termopares chegam
Os pirômetros óticos são usados em fornos de siderurgia, principalmente.
a um conjunto de contactos ou então chegam a um dispositivo digital que permite selecionar o par
desejado.
O indicador múltiplo
de temperaturas,
geralmente,
é usado para verificação de temperaturas de
6.8. Instrumentos
indicadores
para termopares
Geralmente, o indicador de temperatura é um instrumento múltiplo, isto é, muitos termopares chegam
instrumentos registadores
e controladores, bem como para dar ao operador leitura instantânea da
conjunto de chaves ou então chegam a um dispositivo digital que permite selecionar o par desejado.
temperatura em muitos pontos da unidade de processamento.
O indicador múltiplo de temperaturas, geralmente, é usado para verificação de temperatu
registradores
e controladores,
bemcom
como
para dar ao operador leitura instantân
A figura abaixo instrumentos
mostra um indicador
múltiplo
de temperatura,
contactos.
temperatura em muitos pontos da unidade de processamento.
A figura abaixo mostra um indicador múltiplo de temperatura, com chaves.
Assim, para se fazer a leitura de uma temperatura qualquer, basta acionar a chave correspond
Assim, para severificar
fazer aaposição
leitura do
devalor
uma
qualquer,
acionar a contacto (botão)
da temperatura
escala em relação
ao traçobasta
de referência.
correspondente e verificar a posição do valor da escala em relação ao traço de referência.
3.3.9. Instrumentos registadores para termopares
Edição: 03/11 v01
37 de 186
Os instrumentos registadores podem registrar uma ou mais temperaturas. Geralmente, são
escolhidas as temperaturas mais importantes da unidade.
O registo pode ser feito por meio de um gráfico, ou então, por meio de impressão de um símbolo no
gráfico.
3.3.10. Instrumentos controladores para termopares
Os instrumentos controladores de temperatura podem estar instalados no campo, geralmente TIC’s,
ou então, na sala de controlo em geral, TRC’s.
3.3.11. Transdutores
entos registradores
para termopares
No sistema
de transmissão elétrico, geralmente, se o instrumento receptor do painel da cabine de
ntos registradores podem registrar uma ou mais temperaturas. Geralmente, são escolhidas as
controlo
é eletrónico e o elemento de medição é um termopar, há necessidade de dispositivo que
mais importantes
da unidade.
converta os milivolts gerados para uma faixa de corrente de 4 a 20 mA.
ode ser feito por meio de uma pena em um gráfico, ou então, por meio de impressão de um
ráfico.
3.4. Instrumentos
de caudal e volume
mentos controladores
para termopares
ntos controladores de temperatura podem estar instalados no campo, geralmente TIC
s, ou
a de controle emIntrodução
geral, TRC
s.e simbologia
A importância da variável caudal-quantidade do fluido escoado através de tubulações e
utores
equipamentos, na unidade de tempo pode ser avaliada pelas suas aplicações industriais:
e transmissão elétrico, geralmente, se o instrumento receptor do painel da casa de controle é
o elemento de medição é um termopar, há necessidade de dispositivo que converta os milivolts
a)
Controla
processo nas quantidades totais ou parciais que se acham em transformação no
uma faixa de corrente
de 4 a 20 omA.
processo, em período de tempo;
b)
Permite o “balanço” de material de um sistema ou da unidade toda.
tos de vazão e volume
e simbologia
ia da variável vazão-quantidade do fluido
avés de tubulações e equipamentos, na
tempo pode ser avaliada pelas suas
dustriais:
o processo nas quantidades totais ou parciais
acham em transformação no processo, em
de tempo;
o
balançode material de um sistema ou da
oda.
a da variável vazão-quantidade de fluido escoado, pode ser pesada pelo seguinte:
um controle do balanço
da unidade,
desde caudal-quantidade
que existam medidores
volumétricos
na pode
carga ser
da pesada pelo seguinte:
A importância
da variável
de fluido
escoado,
e nos seus diversos produtos derivados finais;
a contabilização mais exata na venda (ou transferência) dos produtos.
tos de vazão e volume utilizam a seguinte identificação:
simples
dicador de vazão (
flow indicator
);
gistrador de vazão (
flow recorder
);
ntrolador de vazão (
flow controler
);
Edição: 03/11 v01
38 de 186
a)
Permite um controlo do balanço da unidade, desde que existam medidores volumétricos na
carga da unidade e nos seus diversos produtos derivados finais;
b)
Permite a contabilização mais exata na venda (ou transferência) dos produtos.
Os instrumentos de caudal e volume utilizam a seguinte identificação:
a)
Formas simples
FI
Indicador de caudal (“flow indicator”);
FR
Registador de caudal (“flow recorder”);
FC
Controlador de caudal (“flow controlor”);
FQ
Integrador ou totalizador volumétrico (T = totalizer).
b)
Formas compostas
FIC Indicador e controlador de caudal;
FRC Registador e controlador de caudal.
c)
Formas especiais
FE - Elemento primário de caudal (“flow element”);
FG - Visores de caudal (“flow-glass”);
FCV - Válvula auto-operada por caudal.
3.4.1. Tipos de medidores de caudal e volume
Segundo o seu princípio de funcionamento, os medidores de caudal e volume são classificados nos
seguintes tipos principais:
a)
Tipo pressão diferencial variável
b)
Tipo área variável
c)
Tipo de deslocamento positivo
Edição: 03/11 v01
39 de 186
b) Medidores de caudal tipo pressão diferencial variável
Quando introduzimos uma restrição numa tubulação através da qual escoa um fluido, ocorre como
consequência, uma perda ou queda de pressão.
Esta perda de pressão é tanto maior quanto maior for a caudal do fluido que estiver escoando pela
tubulação.
A perda de pressão introduzida não é a mesma para todos os fluidos, dependendo da viscosidade,
temperatura e densidade do fluido em questão. É evidente que também depende do tamanho de
restrição e do diâmetro da tubulação em que esta se situa.
Conclui-se, portanto, que a partir da medida da perda ou queda de pressão através de uma restrição
colocada numa tubulação já podemos determinar a caudal.
Na primeira figura abaixo, temos representado uma restrição na tubulação e na segunda figura, um
gráfico representativo de como a pressão varia na região em torno da restrição (orifício).
A queda da pressão introduzida é: P1 - P2 = ∆ P. Nota-se pelo gráfico, que esta diferença varia
conforme as posições das tomadas de pressões P1 e P2.
Para medir o caudal por diferença das pressões usam-se instalações que se compõem:
a)
De um elemento primário: dispositivo de restrição que produz a diferença (queda) das
pressões;
b)
De um elemento secundário: dispositivo que mede a diferença de pressões produzida pela
restrição;
c)
De um elemento terciário, que é usado para indicar, registar e/ou controlar a caudal.
Os elementos primários mais usados são;
Edição: 03/11 v01
40 de 186
-
Placa de orifício;
-
Bocal de caudal;
-
Tubo Venturi;
-
Tubo Pitot.
O tubo Pitot é um dispositivo que serve para medir a velocidade do fluido num ponto qualquer na
secção de escoamento.
Consta, em geral, de dois tubos justapostos, que são inseridos na tubulação, um deles colocado de
Instrum
modo a medir a pressão estática existente e mais a pressão cinética devido à velocidade do fluido:
Consta, em geral, de dois tubos justapostos, que são inseridos na tubulação, um deles coloca
P1 = Pe + Pv ; o outromedir
medea apenas
pressão
estática:
P2 =aPe
.
pressão aestática
existente
e mais
pressão
cinética devido à velocidade do fluido: P
outro mede apenas a pressão estática: P2 = Pe .
A diferença das duas tomadas dá a medição da velocidade do fluido: P1 -P2 =Pe +Pv -Pe =Pv
A diferença das duas tomadas dá a medição da velocidade do fluido:
P1ideia
- P2 =de
Peum
+ Pvtubo
- Pe Pitot.
= Pv
A figura abaixo dá uma
A figura abaixo dá uma idéia de um tubo Pitot.
O tubo Venturi é O
recomendado
medição para
de medição
caudal de
devazão
fluidode que
grandes
tubo Venturi épara
recomendado
fluidocontenha
que contenham
grandes q
sólidos em suspensão e para fluidos altamente viscosos.
quantidades de sólidos
em suspensão e para fluidos altamente viscosos.
O bocal de vazão é de uso semelhante ao tubo Venturi porém sendo um elemento mais econ
O bocal de caudal é de uso semelhante ao tubo Venturi porém sendo um elemento mais
económico.
A placa de orifício é, geralmente, o elemento primário mais simples na fabricação, na instala
custo.
A placa de orifício é, geralmente, o elemento primário mais simples na fabrico, na instalação e de
Consiste de uma placa metálica com um orifício
centrico ou excêntrico, de diâmetro menor que o
da tubulação onde se acha instalada, de secção
circular
elíptica,
segmental,
etc., com
suas
Consiste de uma placa
metálica
com um
orifício centrico
ou excêntrico,
de diâmetro menor que o da
bordas vivas (ortogonais) ou boleadas. A figura
tubulação onde se acha
instalada,
de secção
ao lado
mostra uma
placa decircular
orifício. elíptica, segmental, etc., com extremidades
baixo custo.
vivas (ortogonais) ou boleadas. A figura ao lado mostra uma placa de orifício.
Às vezes, a placa é provida de um pequeno furo adicional para a passagem de gases ou de co
v01adicional deve ficar na parte inferior da tubulação,
41 de 186 de f
Quando um fluido é umEdição:
gás, 03/11
o furo
escoar os gases que se condensam e no caso do fluido ser líquido, o orifício deve ficar na pa
tubulação, a fim de dar passagem à parte vaporizada, porventura existente, e assim não
maior na vazão medida.
O tubo Venturi é recomendado para medição de vazão de fluido que contenham grandes quantidades de
sólidos em suspensão e para fluidos altamente viscosos.
O bocal de vazão é de uso semelhante ao tubo Venturi porém sendo um elemento mais econômico.
A placa de orifício é, geralmente, o elemento primário mais simples na fabricação, na instalação e de baixo
custo.
Consiste de uma placa metálica com um orifício
centrico ou excêntrico, de diâmetro menor que o
da tubulação onde se acha instalada, de secção
circular elíptica, segmental, etc., com suas
bordas vivas (ortogonais) ou boleadas. A figura
ao lado mostra uma placa de orifício.
Às vezes, a placa é provida de um pequeno furo adicional para a passagem de gases ou de condensado.
Àsfluido
vezes,
a gás,
placa
é provida
um ficar
pequeno
furo
adicional
para a de
passagem
de gases ou de
Quando um
é um
o furo
adicionaldedeve
na parte
inferior
da tubulação,
forma a deixar
escoar os gases que se condensam e no caso do fluido ser líquido, o orifício deve ficar na parte superior da
condensado. Quando um fluido é um gás, o furo adicional deve ficar na parte inferior da tubulação,
tubulação, a fim de dar passagem à parte vaporizada, porventura existente, e assim não adicionar erro
maior na vazão
medida.
de forma
a deixar escoar os gases que se condensam e no caso do fluido ser líquido, o orifício deve
na parte
superior
da tubulação,
fim deedar
parte vaporizada,
porventura
A placa deficar
orifício
é inserida
na tubulação
entre aflanges
as passagem
tomadas deà pressão
são a montante
e a existente,
jusante da emesma.
alta pressão e de baixa pressão.
assim São
não denominadas,
adicionar errorespectivamente,
maior no caudaldemedido.
A diferencial de pressão, ou seja, as duas tomadas de pressão são ligadas a um medidor diferencial de
A placa secundário),
de orifício écomo
inserida
na tubulação
flanges e as tomadas de pressão são a montante e a
pressão (elemento
mostrado
na figuraentre
a seguir.
jusante da mesma. São denominadas, respectivamente, de alta pressão e de baixa pressão.
A diferencial de pressão, ou seja, as duas tomadas de pressão são ligadas a um medidor diferencial
de pressão (elemento secundário), como mostrado na figura a seguir.
21
Outro medidor de pressão diferencial
é o tipo
“foles com
enchimento
líquido”.
Outro medidor
de pressão
diferencial
é o tipode

foles
com enchimento de líquido
.
Consta, essencialmente, de Consta,
dois foles,
cheios de líquidos,
que confere
proteção
essencialmente,
de dois ofoles,
cheios de
líquidos,deosobrecarga
que conferee proteç
possibilita amortecimento ajustável entre os dois foles.
Quando há uma diferença de pressão, os dois foles procuram uma posição de eq
Quando há uma diferença de
pressão,mecanicamente
os dois foles aprocuram
uma provido
posiçãodedeponteiro
equilíbrio,
posição
transmitida
um dispositivo
ou pena,
em uma
vazão.
esta transmitida mecanicamente
a um dispositivo provido de ponteiro ou pena, numa escala
A figura abaixo mostra esquematicamente tal medidor.
Edição: 03/11 v01
42 de 186
Outro medidor de pressão diferencial é o tipo
foles com enchimento de líquido
.
apropriada de caudal.
Consta, essencialmente, de dois foles, cheios de líquidos, o que confere prote
Quando há uma diferença de pressão, os dois foles procuram uma posição de e
transmitida mecanicamente a um dispositivo provido de ponteiro ou pena, em uma
vazão.
O tipo mais freqüente de medidor de vazão por pressão diferencial é o chamado
con
um medidor tipo
seco
, cujo princípio é o de equilíbrio de forças.
O tipo mais frequente de medidor
de caudal
por pressão
diferencial
o aplicadas
chamadono
“conversor
de
As pressões
produzidas
no elemento
primário ésão
elemento detector
(m
diferencial.
pressão”. É um medidor tipo “seco”,
cujo princípio é o de equilíbrio de forças.
Por meios mecânicos e pneumáticos ou eletro-magnéticos a força é equilibrada de
(pressão pneumática ou corrente elétrica) é proporcional à pressão diferencial medida
As pressões produzidas no elemento primário são aplicadas no elemento detector (medidor) no
A vazão,
nesses emedidores
tipo diferencial
de pressão variável,
com a pr
conversor diferencial. Por meios
mecânicos
pneumáticos
ou eletromagnéticos
a forçarelaciona-se
é equilibrada
de tal modo que a saída (pressão pneumática ou corrente elétrica) é proporcional à pressão
diferencial medida.
O caudal, nesses medidores tipo diferencial de pressão variável, relaciona-se com a pressão
diferencial.
c) Medidores de caudal tipo “área variável”
Este tipo é também conhecido pelo nome de “rotâmetro”. Consta de um tubo cônico, contendo no
seu interior um flutuador. A posição do flutuador vai depender da diferença entre o peso próprio e a
força de empuxo causada pelo caudal, que passa pela coroa circular compreendida entre o diâmetro
interno do tubo e o diâmetro do flutuador.
Sendo o peso do flutuador constante, a altura atingida dependerá, portanto, da caudal através do
medidor.
Edição: 03/11 v01
43 de 186
c) Medidores de vazão tipo área variável
Este tipo é também conhecido pelo nome de
rotâmetro
.
Consta de um tubo cônico, contendo no seu interior um flutuador. A posição
diferença entre o peso próprio e a força de empuxo causada pela vazão,
compreendida entre o diâmetro interno do tubo e o diâmetro do flutuador.
Sendo o peso do flutuador constante, a altura atingida dependerá, portanto, d
A figura ao lado mostra um rotâmetro.
Uma das vantagens deste medidor é que a esca
A figura ao lado mostra um rotâmetro.
das vantagens
medidor
é que a escala do mesmo
d) Uma
Medidores
de volumedeste
tipo
deslocamento
é linear.
Estes instrumentos medem o volume escoado e tem uma precisão mui
medição com efeito comercial ou contábil, principalmente, porque através d
mecânico-elétricos podem fazer a integração do volume escoado.
d) Medidores de volume tipo “deslocamento”
6.2. Instrumentos receptores e controladores de vazão
Tanto os receptores como os controladores para a variável vazão, são simila
Estes instrumentos medem o volume
escoado e numa precisão muito boa, sendo indicados para
variáveis.
medição com efeito comercial ou contábil, principalmente, porque através de dispositivos mecânicos
Eles podem ser: pneumáticos ou eletrônicos (elétricos).
e/ou mecânico-elétricos podem fazer a integração do volume escoado.
a) Medidores de vazão tipo Eletromagnético
O princípio de funcionamento do Medidor
3.4.2. Instrumentos receptores e controladores
de caudal
Eletromagnético de Vazão é baseado na Lei de
FARADAY, segundo a qual um objeto condutor
Tanto os receptores como os controladores
variável
caudal,
são similares
que se para
movea em
um campo
magnético,
gera aos usados para as
uma força eletromotriz.
demais variáveis.
Eles podem ser: pneumáticos ou electrónicos (elétricos).
a) Medidores de caudal tipo Eletromagnético
A relação entre o campo magnético, movimento
do fluido e fem (força eletromotriz) induzida, pode
O princípio de funcionamento do facilmente
Medidor Eletromagnético
de Caudal
é baseado
na Lei de
ser determinada através
da regra
da
mão direita. No medidor Eletromagnético, o
FARADAY, segundo a qual um objeto
condutor
que
se move
num campo
gera uma força
condutor
é o
fluido
que passa
através magnético,
do tubo
detetor.
Desta forma, a direção do campo magnético, a
e a fem
estão eposicionadas
uma em
A relação entre o campo magnético,vazão
movimento
do fluido
fem (força eletromotriz)
induzida, pode
relação a outra de um ângulo de 90º.
eletromotriz.
facilmente ser determinada através da regra da mão direita. No medidor Eletromagnético, o condutor
é o fluido que passa através do tubo detetor.
Desta forma, a direção do campo magnético, o caudal e a fem estão posicionadas uma em relação a
outra de um ângulo de 90º.
Edição: 03/11 v01
44 de 186
nstrumentos medem o volume escoado e tem uma precisão muito boa, sendo indicados para
o com efeito comercial ou contábil, principalmente, porque através de dispositivos mecânicos e/ou
o com efeito comercial ou contábil, principalmente, porque através de dispositivos mecânicos e/ou
co-elétricos podem fazer a integração do volume escoado.
co-elétricos podem fazer a integração do volume escoado.
trumentos receptores e controladores de vazão
trumentos receptores e controladores de vazão
s receptores como os controladores para a variável vazão, são similares aos usados para as demais
s receptores como os controladores para a variável vazão, são similares aos usados para as demais
s.
s.
dem ser: pneumáticos ou eletrônicos (elétricos).
dem ser: pneumáticos ou eletrônicos (elétricos).
dores de vazão tipo Eletromagnético
dores de vazão tipo Eletromagnético
cípio de funcionamento do Medidor
cípio de funcionamento do Medidor
agnético de Vazão é baseado na Lei de
agnético de Vazão é baseado na Lei de
AY, segundo a qual um objeto condutor
AY, segundo a qual um objeto condutor
move em um campo magnético, gera
move em um campo magnético, gera
ça eletromotriz.
ça eletromotriz.
ão entre o campo magnético, movimento
o campo
magnético,
movimento
oãoe entre
fem (força
eletromotriz)
induzida,
pode
o
e
fem
(força
eletromotriz)
induzida,
pode
nte ser determinada através da regra
da
nte
ser
determinada
através
da
regra
reita. No medidor Eletromagnético, da
o
ireita.
No medidor
Eletromagnético,
r é o fluido
que passa
através do tuboo
r é o fluido que passa através do tubo
orma, a direção do campo magnético, a
a direção
campo magnético,
eorma,
a fem
estão do
posicionadas
uma ema
ea outra
a fem
estão
posicionadas
uma em
de um ângulo de 90º.
a outra de um ângulo de 90º.
23
23
Luís Francisco Casteletti
3.5. Instrumentos de nível
Medir a variável nível em processos industriais é quantificar referências por meio de monitorização
contínuo ou discreto com o objetivo de avaliar e controlar volumes de estocagens em tanques ou
recipientes de armazenamento. São chamados de monitorização de nível contínuo quando fornecem
uma saída proporcional ao nível que se deseja medir, e discretos quando se tem no máximo uma
indicação de uma faixa de presença do material armazenado.
3.5.1. Identificação do instrumentos de nível
a)
Formas simples
LG - Visores de nível (“Level glass”);
LI - Indicadores de nível;
LC - Controladores de nível;
LA- Alarmes de nível.
Edição: 03/11 v01
45 de 186
8. Instrumentos de nível
Introdução
Instrumentação
Industrial
Medir a variável
nível em processos industriais é quantificar referências por meio de monitoramento
contínuo ou discreto com o objetivo de avaliar e controlar volumes de estocagens em tanques ou recipientes
de armazenamento. São chamados de monitoramento de nível contínuo quando fornecem uma saída
b)proporcional
Formasao
compostas
nível que se deseja medir, e discretos quando tem-se no máximo uma indicação de uma
faixa de presença do material armazenado.
LIC Indicadores-controladores de níveis;
8.1. Identificação do instrumentos de nível
a) Formas
simples
LRC
Registadores-controladores.
c)
LG
LI
LC
LA
Visores de nível (
Level glass
);
Indicadores de nível;
Controladores de nível;
Alarmes de nível.
Formas especiais
b) Formas compostas
LCV LIC
Válvulas auto-operadas.
Indicadores-controladores de níveis;
LRC
Registradores-controladores.
c) Formas especiais
Válvulas auto-operadas.
3.5.2.LCV
Classificação
As medidas de nível são aplicadas ao controlo de substâncias líquidas ou sólidas. Temos abaixo
8.2. Classificação
uma
tabela que
agrupa
alguns dos
variados
delíquidas
medição
de nível
bastante
As medidas
de nível
são aplicadas
ao controle
de sistemas
substâncias
ou sólidas.
Temos
abaixoconhecidos
uma tabela e
que agrupa alguns dos variados sistemas de medição de nível bastante conhecidos e aplicados
aplicados
industrialmente.
industrialmente.
Medida direta
Medição aplicada
Líquidos
Sólidos
Por Visor de Nível
X
X
Por Bóias e Flutuadores
X
Por Contatos de Eletrodos
X
Por Sensor de Contato
X
Por Unidade de Grade
X
Medida indireta
Medição aplicada
Líquidos
Sólidos
Por Capacitância
X
X
Por Empuxo
X
Por Pressão Hidrostática
X
Por Célula d/p CELL
X
Por Caixa de Diafragma
X
Por Tubo em U
X
Por Borbulhamento
X
Por Radioatividade
X
X
Por Ulta-som
X
X
Por Vibração
X
X
Por Pesagem
X
X
24
Edição: 03/11 v01
46 de 186
Observações:
a) Medida Direta: é toda a medida cujo mecanismo ou elemento de medição tem contato direto com
a substância a ser medida, podendo ser de monitorização contínua ou discreta.
b) Medida Indireta: é obtida por meio de grandezas físicas como pressão, empuxo, propriedades
elétricas, radiação, ultra-som, etc.
3.5.3. Medição Direta
a) Medição por visor de nível
Consistem numa janela de vidro de alta resistência
a impacto, elevadas temperaturas e pressão
a tomada de medida cujo mecanismo ou elemento de medição tem contato direto
(560ºC
e monitoramento
220 atm quando
revestidas
de protetores de mica e tubo metálico), bem como ação de
er medida, podendo
ser de
contínuo
ou discreto.
obtida por meioácidos.
de grandezas físicas como pressão, empuxo, propriedades
oda
tomada
ra-som,
etc. de medida cujo mecanismo ou elemento de medição tem contato direto
ser medida, podendo ser de monitoramento contínuo ou discreto.
é obtida por meio de grandezas físicas como pressão, empuxo, propriedades
ultra-som, etc.
nível
ela de vidro de alta resistência a impacto, elevadas
(560ºC e 220 atm quando revestidas de protetores de
e nível
em
como ação de ácidos.
anela de vidro de alta resistência a impacto, elevadas
o (560ºC e 220 atm quando revestidas de protetores de
bem como ação de ácidos.
Todo o visor de nível deve ter uma válvula de bloqueio em cada tomada e uma válvula de dreno.
ter uma válvula de bloqueio em cada tomada e uma
e ter uma válvula de bloqueio em cada tomada e uma
e nível por bóia baseia-se na mudança de altura de um flutuador colocado na
eu movimento pode transmitir uma informação contínua que possibilita o
a efetiva, em unidades de comprimento ocupado pelo fluido dentro do
bóia baseia-se
na mudança
de altura
demáximos
um flutuador
colocado
m,de
ounível
umapor
informação
discreta,
controlando
limites
e mínimos
porna
Seu
movimento
pode
transmitir
uma
informação
contínua
que
possibilita
o
étricos, servindo nesse caso como uma chave de nível Edição:
(chave03/11
bóia)
v01 que
efetiva,
ematinge
unidades
comprimento
ocupadoquando
pelo fluido
oura
fluido
quando
seu de
limite
máximo e libera-o
atingedentro
o níveldo
ém, ou uma informação discreta, controlando limites máximos e mínimos por
elétricos, servindo nesse caso como uma chave de nível (chave bóia) que
do fluido quando atinge seu limite máximo e libera-o quando atinge o nível
47 de 186
Todo visor de nível deve ter uma válvula de bloqueio em cada tomada e uma
válvula de dreno.
b) Medição por Bóia
O sistema de controlo de nível por bóia baseia-se na mudança de altura de um flutuador colocado na
superfície do líquido. Seu movimento pode transmitir uma informação contínua que possibilita o
conhecimento da altura efetiva,
empor
unidades
de comprimento ocupado pelo fluido dentro do
b) Medição
Bóia
O sistema de controle de nível por bóia baseia-se na mudança de altura de um flut
recipiente que o contém, ou
uma informação discreta, controlando limites máximos e mínimos por
superfície do líquido. Seu movimento pode transmitir uma informação contínua
conhecimento
da altura
efetiva,
emcontacto
unidades
comprimento
ocupado
meios mecânicos ou elétricos,
servindo nesse
caso como
uma
de de
nível
(contacto bóia)
que pelo
recipiente que o contém, ou uma informação discreta, controlando limites máxim
bloqueia a admissão do fluido
quando
atingeouo elétricos,
seu limite servindo
máximo enesse
liberta-o
atingechave
o nível
meios
mecânicos
casoquando
como uma
de nível
mínimo.
bloqueia a admissão do fluido quando atinge seu limite máximo e libera-o qua
mínimo.
Geralmente a escala é chamada
“invertida”, pois o nível vazio fica no topo da escala e o nível cheio
na base da escala.
- Como variante desses sistemas (para tanques com produtos voláteis) existem medidores em que a
corrente ou cabo metálico é substituído por uma fita perfurada a distâncias rigorosamente exatas e
que deslocam uma roda dentada; o contra-peso é substituído por uma mola tensora.
O conjunto, então, pode ficar encerrado em caixa estanque e a medição é automática.
Estes medidores de nível podem ser convertidos em transmissores com o acréscimo de um conjunto
com componentes elétricos que possibilitam a emissão de impulsos elétricos correspondentes ao
nível (sistema “telepulse”).
Este sistema permite também a transmissão da temperatura dos tanques, desde que sejam isolados
os elementos de medição adequadamente.
A leitura poderá ser feita, portanto, remotamente numa sala de controlo.
- Os tanques, geralmente, tem uma “escotilha de medição”, com a finalidade de serem feitas pelos
operadores, medições locais (manuais), com o auxílio da chamada “fita de medição”.
Consta de uma fita de aço com um prumo de latão na extremidade. Se o produto é escuro e deixa
Edição: 03/11 v01
48 de 186
Estes medidores de nível podem ser convertidos em transmissores com o acréscimo de um con
componentes elétricos que possibilitam a emissão de impulsos elétricos correspondentes ao níve

telepulse
).
Este sistema permite também a transmissão da temperatura dos tanques, desde que sejam is
elementos de medição adequadamente.
A leitura poderá ser feita, portanto, remotamente em uma sala de controle.
- Os tanques, geralmente, tem uma
escotilha de medição
, com a finalidade de serem fei
marca na fita, a medição
é feita
simplesmente
pela imersão
fita de
operadores,
medições
locais (manuais),
com oda
auxílio
da medição.
chamada
trena de medição
.
Consta
de umaexiste
trena mais
de açode
com
prumo de
latão
na extremidade.
Se o produto é claro
ou então
umum
produto,
não
miscíveis,
de densidades diferentes, a
Se o produto é escuro e deixa marca na trena, a medição é feita simplesmente pela imersão da
fita deverá ser usada
com “pastas identificadoras”, que permitem o “corte” ou “alteração de cor” ou
medição.
pelo produto claro ou por um dos produtos no nível interfacial entre os dois produtos.
Se o produto é claro ou então existe mais de um produto, não miscíveis, de densidades diferente
deverá ser usada com
pastas identificadoras
, que permitem o
corteou
alteração de corou pe
claro ou por um dos produtos no nível interfacial entre os dois produtos.
c)
Medição por contatos de eletrodos
c) Medição por contatos de eletrodos
Este tipo de éprocedimento
é particularmente
medição
de fluidos
condutivos (
Este tipo de procedimento
particularmente
aplicável à aplicável
mediçãoà de
nível de
denível
fluidos
condutivos
igual ou maior que 50µS), não corrosivos e livres de partículas em suspensão.
(condução igual ou maior que 50μS), não corrosivos e livres de partículas em suspensão.
A sonda de medição é formada por dois eletrodos cilíndricos, ou apenas um quando a p
A sonda de medição
é formada
por doisOeletrodos
quando
parede
reservatório
for metálica.
sistema écilíndricos,
alimentado ou
comapenas
tensão um
alternada
de abaixo
valordo(~10V),
evitar a polarização dos eletrodos.
reservatório for metálica. O sistema é alimentado com tensão alternada de baixo valor (~10V), a fim
Pode dos
ser utilizado
para medições contínuas ou discretas. Em medições contínuas a sonda é
de evitar a polarização
eletrodos.
verticalmente do topo para dentro do reservatório, sendo tão profunda tal qual o nível que se desej
Pode ser utilizado para medições contínuas ou discretas. Em medições contínuas a sonda é
A corrente elétrica circulante é proporcional à parcela do eletrodo imersa no fluido.
montada verticalmente do topo para dentro do reservatório, sendo tão profunda tal qual o nível que
se deseja medir.
A corrente elétricaProfessor
circulante
é proporcional à parcela do eletrodo imersa no fluido.
Edição: 03/11 v01
49 de 186
Instrumenta
d) Medição por Sensor de Contato
O sistema de barreira de ar é aplicado basicamente para controle de nível mín
d)
Medição por Sensor de Contato
como chave de nível. Trata-se de um circuito eletropneumático, dotado d
alimentado por uma pressão P emite por meio desse sensor em direção ao f
determinada
pressão
(0,1controlo
a 0,15 bar).
Esse mínimo
sensor éenormalmente
O sistema de barreira de ar é aplicado
basicamente
para
de nível
máximo, oualojado
seja, em u
age como contacto de nível. Trata-se de um circuito eletropneumático, dotado de um sensor que, ao
Medição
porPSensor
de Contato
ser alimentado pord)uma
pressão
emite por
meio desse sensor em direção ao fluido, um fluxo de ar
O sistema de barreira de ar é aplicado basicamente para controle de nível mínimo e máximo, ou
a uma determinada
pressão
a 0,15
bar). Esse
normalmente alojado
de
como
chave (0,1
de nível.
Trata-se
de umsensor
circuitoé eletropneumático,
dotadonum
de tubo
um sensor
qu
imersão.
alimentado por uma pressão P emite por meio desse sensor em direção ao fluido, um fluxo de
determinada pressão (0,1 a 0,15 bar). Esse sensor é normalmente alojado em um tubo de imersão
Quando o sensor está inativo, o ar de alimentação escapa pelo tubo de imersão
nível da extremidade inferior do tubo de imersão, fechando-o, aparece na saíd
pressão é proporcional à altura do fluido, até o valor da pressão de alime
subsistirá enquanto o fluido mantiver a abertura fechada.
O detector pneumático de nível é muito vantajoso quando os líquidos são mu
eletrônicos de detecção freqüentemente reagem à ação da espuma, enquanto
emissores
só se produz
quando
é alcançado
o nível
do líquido
com
Quando o sensor está
inativo,pneumáticos
o ar de alimentação
escapa
pelo tubo
de imersão.
Assim
que o fluid
nível da extremidade inferior do tubo de imersão, fechando-o, aparece na saída A do sensor um
pressão é proporcional à altura
fluido,
até o valor da pressão de alimentação.
Edição: do
03/11
v01
50 de A
186pressão
subsistirá enquanto o fluido mantiver a abertura fechada.
O detector pneumático de nível é muito vantajoso quando os líquidos são muito espumosos. Os
eletrônicos de detecção freqüentemente reagem à ação da espuma, enquanto a mudança de pre
Quando o sensor está inativo, o ar de alimentação escapa pelo tubo de imersão. Assim que o fluido
atinge o nível da extremidade inferior do tubo de imersão, fechando-o, aparece na saída A do sensor
um sinal, cuja pressão é proporcional à altura do fluido, até o valor da pressão de alimentação. A
pressão do sinal subsistirá enquanto o fluido mantiver a abertura fechada.
O detector pneumático de nível é muito vantajoso quando os líquidos são muito espumosos. Os
sistemas electrónicos de detecção frequentemente reagem à ação da espuma, enquanto a mudança
de pressão nos emissores pneumáticos só se produz quando é alcançado o nível do líquido com a
sua densidade total.
e)
Medição por Unidade de Grade
É um mecanismo de medição por transmissão de momento de torção. Consiste em anéis metálicos,
ligados por hastes, formando um dispositivo cilíndrico vertical. As forças são transmitidas por
intermédio de um tubo torque a um relé pneumático para transmissão a um instrumento de leitura ou
controlador.
Este mecanismo pode ser utilizado somente em medição de nível de sólidos.
Edição: 03/11 v01
51 de 186
3.5.4) Medição Indireta
a) Medição por Capacitância
A medição de nível por capacitância é um sistema de medição com larga aplicação. Com esse
sistema é possível efetuar a medição contínua do nível de líquidos e sólidos, tendo o seu princípio de
funcionamento baseado no funcionamento de um capacitor cilíndrico.
O sensor capacitivo pode ser montado na forma de uma sonda que é montada na parte superior de
um reservatório, voltada para dentro e imersa no fluido que ali esteja estocado, ou ainda uma simples
haste cilíndrica metálica de raio α, sendo que o cilindro externo será o próprio tanque metálico de
estocagem.
À medida que o nível do tanque for aumentando, o valor da capacitância aumenta progressivamente
à medida que o dielétrico ar é substituído pelo dielétrico líquido a medir.
b)
Medição por Empuxo
O sistema de medição por flutuadores segue o “Princípio de Archimedes”: “Todo corpo mergulhado
num fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima”.
Neste sistema, um elemento (flutuador) com densidade maior que o líquido cujo nível se deseja
medir é suspenso por uma mola, um dinamómetro ou uma barra de torção.
À medida que o nível do líquido aumenta, o peso aparente do flutuador diminui, fazendo atuar o
Edição: 03/11 v01
52 de 186
mecanismo de indicação ou de transmissão. Entretanto, para o uso adequado desse medidor, a
densidade do líquido deve ser conhecida e constante.
Denomina-se empuxo a força exercida pelo fluido do corpo nele submerso ou flutuante.
mpuxo
edição por flutuadores segue o
Princípio de
ulhado em um fluido sofre a ação de uma força
baixo para cima
.
elemento (flutuador) com densidade maior que o
se deseja medir é suspenso por uma mola, um
ma barra de torção.
nível do líquido aumenta, o peso aparente do
azendo atuar o mecanismo de indicação ou de
tanto, para o uso adequado desse medidor, a
o deve ser conhecida e constante.
uxo a força exercida pelo fluido do corpo nele
nte.
élula d/p CELL
ctor é uma célula
tipo diferencial
de pressão
que mede a pressão exercida por um
c) do Medição
por Célula
d/p CELL
ara tal um transmissor de células de pressão diferencial. Esse transmissor irá transmitir
mático, quer um sinal eletrônico a um indicador distante.
O instrumento detector é uma célula do tipo diferencial de pressão que mede a pressão exercida por
ica exerce uma força
contra um
diafragma
de tal
açoum
da transmissor
câmara de pressão
(H), sendo
este diferencial. Esse transmissor irá
um líquido,
utilizando
para
de células
de pressão
a pressão atmosférica da câmara de pressão inferior (L). Qualquer desequilíbrio é
transmitir
quer um sinal
quer
sinal electrónico
a um indicador distante.
smissor que contém
um amplificador
que pneumático,
enviará um sinal
emum
proporção
direta ao nível
A pressão hidrostática exerce uma força contra um diafragma de aço da câmara de pressão (H),
é apropriado a tanques abertos ou mesmo fechados, porém com respiradouros, tampas
sendo este equilibrado contra a pressão atmosférica da câmara de pressão inferior (L). Qualquer
tanques não pressurizados.
desequilíbrio é detectado pelo transmissor que contém um amplificador que enviará um sinal em
proporção direta ao nível no tanque.
Este procedimento é apropriado a tanques abertos ou mesmo fechados, porém com respiradouros,
tampas contendo ventanas, tanques não pressurizados.
Edição: 03/11 v01
53 de 186
quer um sinal pneumático, quer um sinal eletrônico a um indicador distante.
A pressão hidrostática exerce uma força contra um diafragma de aço da câmara de pressão (H), sendo este
equilibrado contra a pressão atmosférica da câmara de pressão inferior (L). Qualquer desequilíbrio é
detectado pelo transmissor que contém um amplificador que enviará um sinal em proporção direta ao nível
no tanque.
Este procedimento é apropriado a tanques abertos ou mesmo fechados, porém com respiradouros, tampas
contendo ventanas, tanques não pressurizados.
29
d)
Medição por Caixa de Diafragma
A medição por caixa de diafragma é composta por uma simples caixa de diafragma imersa até o
fundo do tanque, tendo na sua extremidade um capilar que se estende até a parte externa do tanque,
sendo conectado a um manómetro de pressão.
o por Caixa de Diafragma
por caixa de diafragma é composta por uma simples caixa de diafragma imersa até o fundo do
do em sua extremidade um capilar que se
a parte externa do tanque, sendo conectado
metro de pressão.
e diafragma fechada a pressão hidrostática do
rma a membrana flexível de neopreme para
caixa, comprimindo o líquido em seu interior
er o próprio ar ou glicerina. Assim, a pressão
manômetro será proporcional à profundidade
aixa se encontra.
Na caixa de diafragma fechada a pressão hidrostática do líquido deforma a membrana flexível de
o por Tubo em U
neoprene para dentro da caixa, comprimindo o líquido no seu interior que pode ser o próprio ar ou
onsiste em um simples tubo em U contendo mercúrio, instalado no fundo de um reservatório não
o ou aberto, e considerando que o reservatório venha sempre a conter o mesmo tipo de líquido,
03/11
54 de 186
izer que será sempre o mesmo peso específico. Em vez daEdição:
escala
dev01pressão, pode ser
o tubo uma escala que permita a leitura do nível do líquido diretamente neste.
glicerina. Assim, a pressão indicada no manómetro será proporcional à profundidade em que a caixa
se encontra.
e)
Medição por Tubo em U
O sistema consiste num simples tubo em U contendo mercúrio, instalado no fundo de um
reservatório não pressurizado ou aberto, e considerando que o reservatório venha sempre a conter o
mesmo tipo de líquido, isto quer dizer que será sempre o mesmo peso específico. Em vez da escala
de pressão, pode ser registada no tubo uma escala que permita a leitura do nível do líquido
diretamente neste.
f)
Medição de Nível por Borbulhamento
A medição de nível por borbulhamento é também uma outra variante da medição por pressão
hidrostática. Neste sistema é importante que o peso específico do líquido permaneça sempre
constante.
O sistema é alimentado com um fornecimento de ar ou gás com uma pressão aproximadamente 20%
maior que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O fornecimento de alimentação é
continuamente introduzido na parte superior de um tubo mergulhado e sai em borbulhas pela sua
extremidade inferior.
O caudal de fornecimento é ajustado por uma válvula de agulha até que se observe a formação de
bolhas em pequenas quantidades, havendo então, um borbulhamento sensível no líquido em
medição. No outro braço da tubulação é instalado um manómetro que indicará o valor da pressão
devido ao peso da coluna líquida. Com o uso de um manómetro, o nível pode ser obtido por uma
equação.
Edição: 03/11 v01
55 de 186
O sistema é alimentado com um suprimento de ar ou gás com uma pressão aproximadamente 20% maior
que a máxima pressão hidrostática exercida pelo líquido. O suprimento de alimentação é continuamente
introduzido na parte superior de um tubo mergulhado e sai em borbulhas pela sua extremidade inferior.
A vazão de suprimento é ajustada por uma válvula de agulha até que se observe a formação de bolhas em
pequenas quantidades,
Instrumentação
Industrialhavendo então, um borbulhamento sensível no líquido em medição. No outro braço
da tubulação é instalado um manômetro que indicará o valor da pressão devido ao peso da coluna líquida.
Com o uso de um manômetro, o nível pode ser obtido por uma equação.
30
g)
Medição
de Casteletti
Nível por Radiação
Professor
Luís Francisco
A medição de nível por radiação de líquidos e sólidos armazenados em tanques ou reservatórios por
meio de radiação é um processo caro e não muito difundido principalmente porque só deve ser
utilizado em situações em que for completamente impossível a aplicação de algum outro sistema de
menor risco e, portanto, que necessite menor grau de proteção.
A faixa do espectro radioativo normalmente utilizado é o de raios gama que possuem energia
bastante elevada e consequentemente um grande poder de penetração. A unidade básica de medida
da intensidade radioativa é o CURIE, em homenagem a Marie Curie que, em 1898, descobriu que
certos elementos emitiam energia naturalmente e denominou essas emissões de raios gama.
Os sensores utilizados para medição de nível por radiação, são constituídos por um reservatório;
num dos seus lados está localizada uma fonte de raios gama (emissor) e do lado oposto um conjunto
de células de medição (receptor).
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portanto, que necessite menor grau de proteção.
Medição
Radiação
A faixa do espectro radioativo normalmenteg)utilizado
é ode
deNível
raiospor
gama
que possuem energia bastante
A medição
de nívelApor
radiação
de de
líquidos
e sólidos
armazenados em tanques ou
elevada e consequentemente um grande poder
de penetração.
unidade
básica
medida
da intensidade
de radiação
é umem
processo
caro e nãoque
muito
difundido
principalmente porque só
radioativa é o CURIE, em homenagem a Marie
Curie que,
1898, descobriu
certos
elementos
situações
em que
for completamente
impossível a aplicação de algum outro sist
emitiam energia naturalmente e denominou essas
emissões
de raios
gama.
portanto, que necessite menor grau de proteção.
Os sensores utilizados para medição de nível por radiação, são constituídos por um reservatório; num dos
A gama
faixa do
espectro
radioativo
normalmente
utilizado
é o de raios gama que pos
seus lados está localizada uma fonte de raios
(emissor)
e do
lado oposto
um conjunto
de células
elevada e consequentemente um grande poder de penetração. A unidade básica de
medição (receptor).
radioativa é o CURIE, em homenagem a Marie Curie que, em 1898, descobriu
emitiam energia naturalmente e denominou essas emissões de raios gama.
Os sensores utilizados para medição de nível por radiação, são constituídos por um
seus lados está localizada uma fonte de raios gama (emissor) e do lado oposto um
medição (receptor).
A quantidade de radiação recebida pelo detector é uma função absorção dos raios gama pelo fluido.
A quantidade de radiação recebida pelo detector é uma função absorção dos raios gama pelo fluido.
h) Medição de Nível por Ultra-som
O ultra-som é uma onda sonora de altíssima freqüência que não pode ser percebida pelo ouvido humano
cuja faixa audível
varia de de
20 Nível
Hz a 20
Sua velocidade é uma função do módulo volumétrico de
h)
Medição
porKHz.
Ultra-som
quantidade
radiação
recebida
pelo detector é uma função absorção dos raios g
elasticidade (ou modulo de compressão) e daAdensidade
dode
meio
no qual
se propaga.
O ultra-som é uma onda sonora de altíssima freqüência que não pode ser percebida pelo ouvido
Na medição de nível sua aplicação se dá pela medição do tempo em que ela é emitida e recebida, quando a
h) propaga-se
Medição
por devido
Ultra-som
humano
varia
de
20 Hzdeaté
aNível
20
KHz.
A suaà velocidade
uma
função
partir da emissão
porcuja
umafaixa
fonteaudível
de ulta-som
refletir
colisão coméum
meio
de do módulo
O ultra-som é uma onda sonora de altíssima freqüência que não pode ser percebi
densidade diferente do qual está se propagando.
volumétrico de elasticidade (oucuja
modulo
compressão)
daHz
densidade
doSua
meiovelocidade
no qual seé propaga.
faixa de
audível
varia de e20
a 20 KHz.
uma função do
elasticidade (ou modulo de compressão) e da densidade do meio no qual se propag
Na medição de nível a sua aplicação dá-se pela medição do tempo em que ela é emitida e recebida,
Na medição de nível sua aplicação se dá pela medição do tempo em que ela é emiti
partir da emissão por uma fonte de ulta-som propaga-se até refletir devido à co
densidade
qual está se propagando.
um meio de densidade diferente
do qual diferente
se está adopropagar.
quando a partir da emissão por uma fonte de ultra-som propaga-se até refletir devido à colisão com
31
Alguns aparelhos trabalham com
a diferença de frequência, ou seja, os batimentos. Toda a onda, ao
ser refletida, quando retorna a origem, estará a retornar com uma leve variação da frequência. Da
superposição das ondas emitidas às refletidas originam-se modulações de batimentos oscilantes,
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57 de 186
que serão proporcionais às variações no tempo dos deslocamentos das duas ondas. Esses
batimentos são processados e analisados, permitindo assim o conhecimento do nível h da
substância armazenada no tanque, não sofrendo assim a influência da temperatura.
i)
Medição de Nível por Pesagem
É um meio relativamente simples de medir o nível de líquidos ou sólidos armazenados em tanques e
recipientes. Basicamente utiliza-se uma célula de carga convenientemente instalada (tanque
montado sobre plataforma de pesagem) e ocupado pela substância armazenada.
Edição: 03/11 v01
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proporcionais às variações no tempo dos deslocamentos das duas ondas. Esses batimentos são
processados e analisados, permitindo assim o conhecimento do nível h da substância armazenada no
tanque, não sofrendo assim a influência da temperatura.
i) Medição de Nível por Pesagem
É um meio relativamente simples de medir o nível de líquidos ou sólidos armazenados em tanques e
recipientes. Basicamente se utiliza uma célula de carga convenientemente instalada (tanque montado sobre
plataforma de pesagem) e ocupado pela substância armazenada.
32
Edição: 03/11 v01
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CAPÍTULO 4 – INSTRUMENTOS ESPECIAIS
A ocorrência da necessidade de um controlo rigoroso constante da qualidade final (ou intermediária)
de um processo industrial é cada vez mais acentuada. O controlo de qualidade é exercido nestes
processos, em grande parte, por análises químicas ou físicas e existe uma quantidade variada de
instrumentos especiais para executá-las.
Existem os mais variados tipos de instrumentos especiais, dependendo do que se pretende medir e,
entre os de mesma finalidade, diversos princípios de funcionamento:
•
pH metro;
•
Condutivímetro;
•
Densímetro;
•
Viscosímetro;
•
Analisador de percentagem de oxigénio;
•
Silicómetro.
4.1 PH metro
4.1.1. Forma de identificação
pH1
Indicador de pH;
pHR
Registador de pH;
pHIC
Controlador-indicador de pH;
pHRC
Controlador-registador de pH.
4.1.2. Variável
pH
Potencial hidrogeniónico.
Edição: 03/11 v01
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4.1.3. Unidade de medida
Valor pH
É o co-logarítimo ou concentração de iões hidrogênio H+ de uma solução; indica o grau de
alcalinidade, neutralidade ou acidez da solução.
4.1.4. Princípio de funcionamento
Detector (elemento primário)
O dispositivo de detecção de pH consiste de dois eletrodos, um de medição (eletrodo de vidro)
imerso na solução testada e outro de referência imerso numa solução de concentração
hidrogeniónica constante e conhecida. Estes eletrodos estão separados por uma membrana, à qual
permite a passagem da corrente eletroquímica. A diferença de potencial entre os dois eletrodos
indica o valor pH da solução testada, d.d.p. esta que varia linearmente com o valor pH. Estes
eletrodos estão numa câmara de fluxo, cuja finalidade é mantê-los constantemente imersos na
solução testada. Normalmente é incluído um terceiro eletrodo (resistência) na câmara de fluxo, cuja
finalidade é compensação da variação de temperatura.
A figura abaixo dá uma visão em corte dos eletrodos supracitados.
Edição: 03/11 v01
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Instrumentação I
10.5. Receptor
O sinal emitido pelo conjunto de eletrodos é muito débil para movimentação de qualquer disposit
4.1.5. Receptor
indicação, registro ou controle.
sistema
utilizado
detecção
deste débil
sinal, para
de modo
a amplificá-lode
sem
deformações,
é conhecido
O sinal emitidoOpelo
conjunto
depara
eletrodos
é muito
movimentação
qualquer
dispositivo
sistema de balanço contínuo.
de indicação, registo ou controlo.
O sistema de balanço contínuo baseia-se no princípio de potenciômetro, onde se efetua a comparaç
O sistema utilizado
para
detecção
deste sinal, de modo a amplificá-lo sem deformações, é conhecido
tensões
sem
fluxo de corrente.
como sistema de
balanço contínuo.
O potenciômetro
pode ser definido como um dispositivo para medida de d.d.p. ou de f.e.m. de
desconhecido, pela comparação desta f.e.m. desconhecida, com uma f.e.m. conhecida, fornecida po
O sistema depilha
balanço
baseia-se
no princípio
potenciómetro,
se efetua éasimples
padrãocontínuo
ou outra fonte
de potencial
padrão. Odecircuito
fundamental onde
do potenciômetro
figura
abaixo),
consiste
de
uma
resistência
variável
(
slide
wire
)
AB
com
um
contacto-central C q
comparação de tensões sem fluxo de corrente.
move livremente ao longo desta resistência. A bateria (Bat) supre um pequeno potencial constante ao
do
slide wire
. A f.e.m. desconhecida (no nosso caso a d.d.p. entre os eletrodos de vidro e referên
O potenciómetro
pode ser definido como um dispositivo para medida de d.d.p. ou de f.e.m. de valor
ligada a um amplificador em série com o contato C, de modo que forme um potencial oposto ao da ba
desconhecido, pela comparação desta f.e.m. desconhecida, com uma f.e.m. conhecida, fornecida por
Se este pequeno potencial constante na parte AC do
slide wirefor diferente da f.e.m. desconh
uma pilha padrão
ouum
outra
de potencial
O do
circuito
fundamental
do potenciómetro
é
haverá
fluxofonte
de corrente
entre ospadrão.
terminais
amplificador
e consequentemente
uma amplificaç
corrente de modo a acionar o servomotor M, que movimenta o contacto C no sentido de igualar o
simples (vide figura
abaixo), consiste de uma resistência variável (“slide wire”) AB com um contactopotenciais, anulando a corrente de alimentação do amplificador, estabilizando-o no ponto de corrente
central C que se move livremente ao longo desta resistência. A bateria (Bat) supre um pequeno
Uma escala locada ao longo do
slide wiree um ponteiro acoplado no contacto C nos indicará o va
potencial constante
longo do “slide wire”. A f.e.m. desconhecida (no nosso caso a d.d.p. entre os
leitura ao
efetuada.
eletrodos de vidro e referência) é ligada a um amplificador em série com o contato C, de modo que
forme um potencial oposto ao da bateria.
Edição: 03/11 v01
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Se este pequeno potencial constante na parte AC do “slide wire” for diferente da f.e.m. desconhecida,
haverá um fluxo de corrente entre os terminais do amplificador e consequentemente uma
amplificação de corrente de modo a acionar o servomotor M, que movimenta o contacto C no sentido
de igualar os dois potenciais, anulando a corrente de alimentação do amplificador, estabilizando-o no
ponto de corrente nula.
Uma escala alocada ao longo do “slide wire” e um ponteiro acoplado no contacto C vai nos indicar o
valor da leitura efetuada.
4.2. Condutivimetro
CI - Indicador de condutividade;
CR - Registador de condutividade;
CIC - Controlador indicador de condutividade;
CRC - Controlador registador de condutividade.
4.2.2. Variável
Condutividade elétrica.
Micro Mho por centímetro ou us/cm micro siemens por centímetro.
Edição: 03/11 v01
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•
A célula de medição de condutividade é composta de dois eletrodos cilíndricos concêntricos que
medem a resistência elétrica da solução em que está imersa.
Como a condutividade é relacionada com a resistência, visto que C = K/R, onde C = condutividade
elétrica (em υ/cm) R = resistência elétrica (em Ω ) e K = constante da célula; a leitura pode ser feita
diretamente em condutividade. Para efetuar a compensação da variação de temperatura da solução
testada é acoplado à célula, um termistor (resistência de coeficiente negativo).
A figura a seguir mostra o desenho típico de uma célula de condutividade.
4.3. Densímetro
Sgl - Indicador de densidade;
SgR - Registador de densidade;
SglC - Controlador indicador de densidade;
SgRC - Controlador registador de densidade.
Edição: 03/11 v01
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4.3.2. Variável
Densidade relativa (specific gravity) de um líquido e o peso de um determinado volume deste fluído
comparado com o peso do mesmo volume de água, ambos medidos nas mesmas condições de
pressão e temperatura (usualmente à pressão atmosférica é a 20ºC).
A densidade relativa, por ser resultado de uma comparação, é adimensional.
Para produtos de petróleo, é dotado, para simplificação de expressão, a unidade oAPI (graus API American Petroleum Institut). A correspondência entre a unidade oAPI e a densidade relativa é dada
na tabela abaixo, notando-se que a escala API corre em sentido inverso da densidade relativa.
4.3.4. Princípio de Funcionamento
•
Método de pesagem com volume fixo.
O detentor compõe-se de uma esfera de volume fixo conhecido, através da qual o líquido flui
continuamente. O líquido então é pesado por um mecanismo de balanço de forças com ou num
sistema de transmissão.
Edição: 03/11 v01
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4.3.5. Receptor
Como o sistema de transmissão é o usual (seja pneumático ou electrónico) o receptor (controlo do
registo) é do mesmo tipo dos já citados anteriormente para as variáveis básicas (caudal, pressão,
nível, temperatura).
4.4. Viscosímetro
VI
Indicador de viscosidade;
VR
Registador de viscosidade;
VIC Controlador indicador de viscosidade;
VRC Controlador registador da viscosidade.
4.4.2. Variável
Viscosidade cinémática.
Stokes = 10-4 m2/s.
No nosso caso específico: CS.
Edição: 03/11 v01
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O líquido analisado é bombeado, a um caudal, constante através de um tubo de fricção. A queda de
pressão através deste tubo é medido em termos de viscosidade por um sistema normal de medição
de pressão diferencial.
4.5. Analisador % de oxigénio
O2I
Indicador % de O2 ;
O2R
Registador % de O2 ;
O2RC
Controlador registador % de O2 ;
O2IC
Controlador indicador % de O2 .
4.5.2. Variável
Analisa a concentração de oxigénio em gases, no nosso caso, nos gases de combustão das
caldeiras para verificar a sua eficiência.
% de O2 (por volume).
Edição: 03/11 v01
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•
Detector tipo susceptibilidade-magnética-campo magnético não uniforme:
O oxigénio destaca-se entre os gases pelo seu comportamento paramagnético, isto é, a sua atração
por um campo magnético. Um pequeno corpo de prova, imerso num campo magnético não uniforme
tende a ser expelido se o O2 estiver presente. Este deslocamento aumenta com o aumento da
concentração de O2 e pode ser medido pela reflexão de raios luminosos.
Vemos na figura abaixo o esquema representativo de funcionamento. O corpo de prova C,
contrabalanceado pelo seu corpo de prova C1 estão imersos num campo magnético não uniforme,
I
através do qual flui o gás analisado, recebe uma carga da placa P num potencial DC fixo, tendendo a
trazê-lo à posição zero. Vemos na figura abaixo o esquema representativo de funcionamento. O corp
contrabalanceado pelo seu corpo de prova C1 estão imersos em um campo magnét
através do qual flue o gás analisado, recebe uma carga da placa P que tem um potencial
a trazê-lo à posição zero.
Como dito, a presença do oxigênio no gás analisado tende a expelir o corpo de prova,
Como dito, a presença domodifica
oxigénioa no
gás analisado
tende
a expelir
corpo
prova, expulsão
esta a inte
posição
do espelho
R (locado
no oeixo
dede
sustenção
C-C variando
luminosos
nasno
fotocélulas
variação
alimenta
sistema de balanço
c
1 e F2. EstaC-C
que modifica a posição do
espelhorefletidos
R (locado
eixo de Fsustenção
variando
a intensidade
de
diretamente a % do O2.
raios luminosos refletidos nas fotocélulas F1 e F2. Esta variação alimenta sistema de balanço
contínuo que indica diretamente a % do O2.
4.6. Silicómetro
15. Silicômetro
15.1. Forma de identificação
Sil
Indicador de sílica;
SiR
Registrador de sílica;
SiIC
Controlador indicador de sílica;
SiRC
Controlador registrador de sílica.
15.2. Variável
Analisa concentração de SiO2 em líquidos;
no nosso caso, na água desmineralizada
(p/alimentação das caldeiras), a fim de
Edição: 03/11 v01
proteger o equipamento.
15.3. Unidade de medida
Mg/l (miligramas por litro).
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s na figura abaixo o esquema representativo de funcionamento. O corpo de prova C,
balanceado pelo seu corpo de prova C1 estão imersos em um campo magnético não uniforme,
s do qual flue o gás
analisado, recebe
uma carga da placa P que tem um potencial DC fixo, tendendo
Instrumentação
Industrial
ê-lo à posição zero.
Sil - Indicador de sílica;
SiR - Registador de sílica;
SiIC - Controlador indicador de sílica;
SiRC - Controlador registador de sílica.
4.6.2. Variável
Analisa a concentração de SiO2 em líquidos; no nosso caso, na água desmineralizada
(p/alimentação das caldeiras), a fim de proteger o equipamento.
dito, a presença do oxigênio no gás analisado tende a expelir o corpo de prova, expulsão esta que
ca a posição do espelho R (locado no eixo de sustenção C-C variando a intensidade de raios
Mg/l
(miligramas
por
litro).
sos refletidos nas
fotocélulas
F1 e F
2. Esta variação alimenta sistema de balanço contínuo que indica
mente a % do O2.
icômetro
Forma de identificação
Na água a ser analisada são adicionados reagentes H2SO4 a 50% e (NH4)6 Mo7 O24 4H2O a 10%;
Indicador de sílica;
depois
bem mesclado o fluido final passa por uma câmara transparente onde sua coloração é
R
Registrador
de de
sílica;
C
Controlador indicador de sílica;
comparada com a de um fluido padrão por meio de células fotoelétricas.
RC
Controlador registrador de sílica.
Variável
alisa concentração de SiO2 em líquidos;
nosso caso, na água desmineralizada
alimentação das caldeiras), a fim de
oteger o equipamento.
Unidade de medida
g/l (miligramas por litro).
Princípio de funcionamento
gua a ser analisada são adicionados
ntes H2SO4 a 50% e (NH4)6 Mo7 O24
a 10%; depois de bem mesclado o fluido
assa por uma câmara transparente onde
oloração é comparada com a de um
padrão por meio de células fotoelétricas.
38
r Luís Francisco Casteletti
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CAPÍTULO 5 – TRANSDUTORES
- TRANSDUTOR RESISTIVO DE POSIÇÃO
Sensor Potenciométrico
O princípio de funcionamento de um sensor resistivo de posição é de que a variável física sob
medida provoque uma variação da resistência eléctrica do transdutor, quando se pretende, por
exemplo, determinar a posição de um objecto ou de quanto este se deslocou.
Neste caso o transdutor consiste numa resistência variável do tipo potenciómetro em que o cursor
da variação da resistência se encontra ligado ao objecto a ser monitorado. Assim, aplicando-se uma
tensão aos terminais fixos da resistência e monitorando-se a variação de tensão entre o terminal
variável e o de referência da resistência, a tensão de saída é proporcional à variação de resistência,
de acordo com a expressão indicada abaixo.
Vários tipos de potenciómetros
Edição: 03/11 v01
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Os circuitos onde se inserem os potenciómetros de medida de posição devem ser projectados para
que a corrente através do cursor (slide-wire) seja a mais pequena possível, a fim de aumentar o
tempo de vida do potenciómetro.
Os materiais constituintes dos potenciómetros são muito variados. Há potenciómetros constituídos
por um fio metálico bobinado sobre um núcleo isolante, outros constituídos à base de película de
carvão, mas têm o inconveniente de terem uma classe de precisão baixa e pouca estabilidade, sendo
a sua duração muito curta quando o número de movimentos do cursor é elevado.
Actualmente os potenciómetros de medida de posição têm a resistência constituída por um filme
metálico depositado sobre um substrato isolante. A resolução é muito elevada e a duração também é
elevada.
Os potenciómetros angulares podem também ser utilizados para a medida da posição linear, desde
que se lhe associe uma ligação mecânica, por exemplo uma roda dentada ligada ao veio que move o
cursor, actuada por uma cremalheira. Esta ligação mecânica é susceptível de introduzir folga, o que
pode degradar o desempenho da medida.
O curso máximo de um potenciómetro de medida angular, tal como o esquematizado na Fig., é
inferior a 360º. No entanto há potenciómetros em que a resistência em vez de ter a forma circular se
encontra sob a forma de uma hélice. Estes potenciómetros podem ter um curso de várias voltas,
sendo muito correntes os potenciómetros de 10 voltas. Neste caso a gama de medida é de 3600º.
Têm a vantagem de serem baratos, serem simples, precisos e estáveis. Em contrapartida
apresentam a desvantagem de oferecer resistência ao movimento e terem inércia mecânica, o que
limita a frequência de resposta.
- TRANSDUTOR RESISTIVO DE PRESSÃO (EXTENSÓMETRO)
No estudo dos corpos sólidos é corrente assumir que as suas partículas constituintes se encontram
rigidamente ligadas, constituindo um todo indeformável. Tal, no entanto, não corresponde à
realidade: mesmo os corpos sólidos conhecidos pela sua grande rigidez se deformam quando
sujeitos à acção de forças externas.
Há dois tipos fundamentais de deformações:
- Deformação plástica - o corpo não regressa à forma inicial quando se retira a força
Edição: 03/11 v01
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- Deformação elástica - o corpo volta à forma original após a retirada da força
Considere-se um corpo homogéneo, elástico, apoiado numa superfície rígida (situação ideal), como
se mostra na figura em baixo. De acordo com a 3ª lei de Newton haverá uma força de reacção da
superfície de apoio sobre o sólido, de valor igual a –F. Considere-se que o corpo tem
comprimento l e secção S. A experiência revela que o corpo se deforma, neste caso concreto diminui
de comprimento, de uma quantidade Δl, chamada deformação axial (ou longitudinal).
Define-se factor de alongamento à expressão:
Deformação de um corpo à compressão
Para medir deformações de materiais, pode-se utilizar dispositivos com características
piezoresistivas (alteração de resistência de um condutor eléctrico sob carga mecânica), tal como os
extensómetros.
O seu princípio de funcionamento tem como base a variação da resistência eléctrica de um condutor
que é submetido a uma deformação.
Variação do comprimento de um condutor com a deformação do material
Estes sensores baseiam-se no princípio em que resistência eléctrica de um
condutor é proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua
secção transversal, onde ρ é resistividade eléctrica do material.
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À razão entre a variação da resistência e do comprimento,
costuma-se
designar
por
sensibilidade
do
material
do
extensómetro.
Aspecto de alguns extensómetros
Uma das formas de efectuar a medição do valor da resistência de um extensómetro consiste na
utilização de uma ponte de Wheatstone. O extensómetro é colocado num dos ramos da ponte, como
se mostra na figura. A tensão de desequilíbrio da ponte é dada por:
Circuito de detecção da variação da resistência de um extensómetro
Edição: 03/11 v01
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Exercício:
Se R2=R3=R4=100 Ω e R1 passar de 100 Ω para 125 Ω, qual o valor de u 0, quando Us=24VDC?
Uo 
(125 100)  (100 100)
 24  1,333 V
(125  100)  (100  100)
A sensibilidade do sistema de medida com a ponte de Wheatstone aumenta para o dobro se for
utilizado mais do que um extensómetro, desde que convenientemente colocados. Assim, por
exemplo, para medir a deformação de um paralelipípedo metálico (usado como célula de medida de
balanças) podem ser colocados dois extensómetros em faces opostas e ligados aos braços opostos
da ponte.
Aumento da sensibilidade do circuito para o dobro em ponte de Wheatstone
Acontece porém que as resistências dos extensómetros são também função da temperatura. Para
atenuar esta dependência utilizam-se extensómetros de compensação. Para o caso da célula de
medida da Figura poder-se-iam utilizar ao todo quatro extensómetros, dois no sentido da deformação
e os outros dois de compensação, colocados nas outras faces (ou até nas mesmas), mas em sentido
perpendicular à deformação.
Extensómetro com resistências de compensação
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Nesta montagem o efeito da variação da temperatura é cancelado. Os extensómetros que se
encontram colocados à tracção ou à compressão são designados por extensómetros activos. Os
que se encontram colocados perpendicularmente à direcção da deformação, servindo apenas para
compensação de temperatura, dizem-se extensómetros passivos. Note-se que neste tipo de célula
de medida os extensómetros passivos só o são parcialmente.
A sensibilidade de uma ponte de Wheatstone que utilize extensómetros é proporcional à tensão de
alimentação, como se indica nas expressões. Por este motivo, e também para se estar acima do
nível de ruído, a tensão de alimentação deve ser alta. No entanto o seu valor não deve ser tal que
conduza a exceder a potência máxima que o extensómetro pode dissipar.
Devido às variações de resistência dos extensómetros serem muito pequenas, é preciso tomar
cuidado com as ligações, quer estas sejam de aperto quer sejam soldadas. Também a resistência
dos cabos de ligação poderá afectar a calibração de um extensómetro.
- TRANSDUTOR INDUTIVO
Os sensores ou transdutores indutivos associam a variação de uma grandeza não eléctrica a uma
alteração da indutância ou coeficiente de auto-indução de uma bobina (L).
A indutância de uma bobina depende, entre outros factores, da permeabilidade magnética, da forma
e dimensões físicas do núcleo.
A variação da indutância é uma consequência da variação do fluxo magnético total gerado pela
corrente eléctrica na bobina, seja devido à variação da posição do núcleo no interior da bobine, seja
devido à variação da distância entre aquela e um objecto externo constituído por uma material de
elevada permeabilidade magnética.
Edição: 03/11 v01
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A utilização de um transdutor indutivo é uma forma simples de efectuar medições de pequenas
distâncias, da ordem de alguns milímetros.
Um exemplo deste tipo de transdutor obtém-se com uma bobina com núcleo ferromagnético, em
forma de U.
As linhas do campo magnético produzido pela bobine saem por um dos pólos do núcleo de ferro,
atravessam o ar (entreferro) e fecham-se pelo disco ferromagnético, quando este se aproxima dos
pólos do núcleo. Quando isto acontece, o coeficiente de auto-indução da bobine (L) aumenta, devido
à menor relutância do circuito magnético.
A relação entre a distância d que se pretende medir e a relutância magnética não é linear, pelo que a
auto-indução não é medida directamente; normalmente a bobina é incluída num circuito oscilador
electrónico, associado a um condensador de capacidade C, sendo depois medida a frequência de
oscilação do circuito. De acordo com o gráfico que se apresenta a seguir é possível determinar
distância que o objecto se encontra do núcleo através da frequência de oscilação.
Comportamento do campo electromagnético com a aproximação do disco metálico
Comportamento do campo electromagnético e da frequência do circuito oscilador com a aproximação do disco
Edição: 03/11 v01
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Os sensores de proximidade indutivos detectam, sem contacto, objectos metálicos ferrosos, embora
também existam modelos que detectam objectos metálicos não ferrosos.
Este tipo de sensores pode ser encontrado em várias aplicações, tais como:
-
Detecção da posição de peças de máquinas (cames, batentes, etc.)
-
Contagem de objectos metálicos
-
Detectores de velocidade, em situações em que se verifique um abrandamento da velocidade
devido a um problema de sobrecarga de transporte.
A figura ilustra um exemplo de controlo de velocidade através de um sensor indutivo, que detecta a
passagem da peça metálica que está fisicamente ligada com o eixo do parafuso de descarga. Se a
correia que transfere o movimento do motor para o
parafuso de descarga se partir ou se o parafuso encravar,
o sensor deixar de receber impulsos, dá uma saída que
pode ser ligada a um alarme ou sistema de aviso de
avaria.
Exemplos de aplicação dos sensores indutivos
O alcance nominal deste tipo de sensores varia entre 1 e 60 mm no máximo, o que obriga a que os
objectos a detectar tenham que passar muito próximo do sensor, caso contrário arrisca-se a que o
sensor não detecte o objecto.
Edição: 03/11 v01
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Uma vez que não existe contacto físico com o objecto, não existe desgaste. Em geral, os sensores
indutivos são bastante utilizados na indústria, especialmente em locais expostos e poeirentos, onde a
acumulação de poeiras poderia por em causa o bom funcionamento de outro tipo de sensores.
Os sensores indutivos podem ter várias formas e dimensões, de modo a facilitar a sua utilização em
diferentes situações:
Exemplos de sensores indutivos e suas formas
Em alguns casos, temos que ter atenção quanto à montagem dos detectores em suportes
metálicos, pois alguns modelos não podem ser colocados em suportes metálicos sem que se
sigam algumas precauções. Assim, temos:
Edição: 03/11 v01
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
Aparelhos não mergulháveis no metal
É necessário assegurar uma zona livre lateral entre a
extremidade do sensor e o suporte. Normalmente este
tipo de sensor obtém um alcance superior aos sensores
mergulháveis.

Aparelhos mergulháveis no metal
Neste caso não é necessário assegurar uma zona livre,
lateral, entre o sensor e o suporte.
- TAQUÍMETRO
Existem outros tipos de sensores indutivos que permitem determinar a variação de posição e a
velocidade angular de um equipamento. É o caso do taquímetro (ou tacómetro), que é um
transdutor indutivo que converte directamente a velocidade ou aceleração num sinal eléctrico,
através do princípio básico do gerador eléctrico, em que o rotor é acoplado directamente ao objecto
que se pretende medir a sua velocidade. Deste modo são induzidas tensões nos enrolamentos do
taquímetro que apresentam uma relação directa com a velocidade (Ex.: 10mV por rpm).
Os taquímetros podem ser geradores de corrente contínua ou de corrente alternada.
Este tipo de sensor é muito utilizado para determinar a velocidade de tapetes transportadores e
motores eléctricos.
Taquímetro em que o rotor é um íman permanente
Edição: 03/11 v01
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- LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENCIAL TRANSFORMER – TRANSFORMADOR DIFERENCIAL
VARIÁVEL LINEAR)
O transformador diferencial linear, LVDT, é um dispositivo electromecânico que produz um sinal
eléctrico proporcional ao deslocamento da parte móvel – núcleo magnético. É composto por três
enrolamentos cilíndricos, um primário (excitado normalmente por uma corrente a.c., normalmente na
região dos 1 até 10KHz a 0,5 até 10V) e dois secundários espaçados de forma simétrica
relativamente ao primário e estão ligados entre si, em série e em oposição.
O núcleo magnético cilíndrico no interior dos enrolamentos encaminha o fluxo magnético através
destes. Quando o núcleo se encontra na posição central (posição zero) relativamente aos
enrolamentos secundários, as amplitudes das tensões induzidas em cada um dos enrolamentos
secundários são iguais, possuindo polaridades com sinais opostos, resultando assim num sinal de
saída nulo.
Us – tensão
primário
U1 – tensão 1º
secundário
U2 – tensão 2º
secundário
U 0 = U 2 – U1 = 0
Formas de onda no LVDT
Edição: 03/11 v01
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Constituição de um LVDT
Quando se verifica um deslocamento no núcleo, a saída de um LVDT tem uma forma sinusoidal
(corrente a.c.) e por isso, não tem polaridade. A magnitude da saída aumenta independentemente da
direcção do movimento, a partir da posição zero estabelecida de início, e dentro da zona de
funcionamento, delimitada pelo rectângulo central a verde, é praticamente uma recta.
A fase (ou polaridade) do sinal de saída tem que ser considerada, para determinação do sentido do
movimento.
Edição: 03/11 v01
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Forma de onda na saída de um LVDT e zona linear
O núcleo move-se sem contacto mecânico, não havendo pois problemas de atrito ou de histerese.
Não tem o problema de poder ser danificado por ultrapassar o fim de curso. É um dispositivo simples,
robusto e estável.
Os LVDT são utilizados normalmente para detectar movimentos lineares. Para medir ângulos, utilizase os RVDT.
- RVDT (ROTATIVE VARIABLE DIFFERENCIAL TRANSFORMER – TRANSFORMADOR DIFERENCIAL
VARIÁVEL ROTATIVO)
O princípio de funcionamento dos RVDT é similar aos dos LVDT, excepto que agora o movimento
linear é transformado num movimento angular rotacional igual ou superior a 360º. Baseado neste
princípio, temos os chamados Synchro ou Selsyn, que não é mais do que um dispositivo similar a um
rotor polifásico de um motor a.c. Neste caso, o rotor é livre de rodar de 360º e em que existe um
único enrolamento ligado à fonte de excitação. Por outro lado, o estator é composto por 3
enrolamentos dispostos na forma de Y.
As tensões induzidas nos braços do estator pelo rotor não se encontram desfasadas de 120º, como
acontece num motor trifásico com o estator com ligação em estrela.
Edição: 03/11 v01
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Com o rotor excitado pelo sinal a.c., a tensão aos terminais de cada enrolamento do estator será em
módulo, proporcional à posição angular do rotor.
Constituição de um RVDT
- RESOLVER
Algo semelhante ao RVDT, temos o “resolver”, que é um dispositivo destinado a medir a posição
angular de máquinas rotativas, baseado numa ligação magnética entre uma bobina móvel e duas
bobinas fixas, ortogonais. Também é usado para medir a velocidade angular e velocidade de rotação
de máquinas. Este transdutor, essencialmente analógico, foi desenvolvido há mais de 50 anos para
aplicações militares, tendo sido aproveitado pelas indústrias que exigem robustez e fiabilidade, tendo
entretanto sido sujeito a diversas melhorias.
O resolver tem o aspecto de um pequeno motor eléctrico mas basicamente é um transformador que
dispõe de um primário, no rotor, e dois secundários, no estator. Os enrolamentos secundários estão
colocados ortogonalmente. A tensão induzida pelo primário nos secundários tem uma amplitude
sinusoidal que é função da posição do rotor, estando desfasadas de 90º, pelo que uma das saídas
tem o nome de saída seno e a outra de saída co-seno.
Nos dispositivos antigos a corrente eléctrica fornecida ao primário tinha que passar através de um
colector constituído por dois anéis e escovas. A fim de eliminar este inconveniente, esta transferência
de energia do exterior para o primário hoje faz-se através de um transformador rotativo. Na figura em
baixo, faz-se uma representação esquemática dos enrolamentos de um resolver deste tipo.
Edição: 03/11 v01
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Constituição de um resolver
Repare-se que a tensão de alimentação, também chamada tensão de referência, devido à aplicação
que este dispositivo tem em controlo, é necessariamente uma tensão alternada sinusoidal no tempo.
Na figura apenas estão indicadas as amplitudes destas tensões, e são as amplitudes que variam
sinusoidalmente em função da posição angular.
O enrolamento primário está mecanicamente ligado ao veio do resolver. Existe normalmente gravada
uma marca a indicar quando é que o veio se encontra na posição θ=0. Quando tal acontece tem-se,
atendendo às saídas indicadas na figura, Us=0 e Uc=Ur.
O resolver é um sensor de posição absoluto. A sua saída depende da posição do veio,
independentemente de quaisquer valores anteriores. Mesmo que falte a energia eléctrica de
alimentação (Ur), o dispositivo recomeça a indicar correctamente após o regresso da energia.
Actualmente estes dispositivos contêm no seu invólucro um microprocessador que permite dispor de
uma saída digital pronta para ligação em rede.
O resolver pode também ser utilizado para medir velocidades de rotação de máquinas. Nesta
aplicação obtêm-se dois sinais sinusoidais em quadratura cuja frequência é proporcional à
velocidade de rotação da máquina. A existência de dois sinais em quadratura permite determinar
qual o sentido de rotação.
Muitas vezes o veio do resolver está ligado, por meio de uma roda dentada a uma correia dentada
que está acoplada ao objecto do qual se pretende determinar a posição linear. É uma outra aplicação
vulgar deste dispositivo.
Edição: 03/11 v01
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- TRANSDUTOR CAPACITIVO
Baseiam o seu princípio de funcionamento na variação da capacidade entre duas placas em função
da variação da separação entre elas ou da variação do dieléctrico que as separa.
Um condensador é constituído por duas superfícies condutoras de electricidade, designadas por
armaduras, separadas por um material isolante, o dieléctrico. O parâmetro que caracteriza o
condensador é a sua capacidade. Esta indica a maior ou menor possibilidade que o condensador
tem de armazenar cargas eléctricas, e consequentemente energia eléctrica.
Para compreendermos melhor o funcionamento do condensador, considere-se o modelo de
condensador plano. Designando por S a área em presença das armaduras e por d a sua distância, e
se d for muito menor que as dimensões das armaduras, a capacidade C deste condensador é dada
por:
C – Capacidade do condensador
ε – Permeabilidade do dieléctrico
S – área comum das placas
d – distância entre placas
Condensador plano
A constante de proporcionalidade ε, característica do dieléctrico, é a permeabilidade eléctrica do
dieléctrico. A permeabilidade eléctrica do vácuo designa-se por ε0 (ε0 = 8,854 pF/m). Para os
restantes materiais isolantes ε está normalmente compreendido entre 1 e 10 vezes o valor de ε0.
O sensor capacitivo possui um condensador que é formado por eléctrodos (armaduras), na parte
frontal do aparelho.
Edição: 03/11 v01
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Assim que um objecto, de qualquer tipo, se encontra em frente da face sensível do detector, dá-se
uma variação da capacidade do condensador, que é sentida por um circuito oscilador, que por sua
vez, provoca a comutação do sinal de saída.
Princípio de detecção do sensor capacitivo, imagens destes detectores e exemplos de aplicação
Edição: 03/11 v01
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De igual forma que o sensor indutivo, também este sensor não necessita que haja contacto físico
com o objecto, permitindo grande número de detecções sem desgastes, possuindo uma duração de
vida que é independente do número de manobras.
Com este sensor é possível detectar objectos de qualquer natureza, condutores ou não condutores,
tais como: metais, minerais, madeira, plástico, vidro, cartão, couro, cerâmica, fluídos, etc.
O condensador pode ser utilizado como transdutor de posição, através da variação de um dos
seguintes parâmetros:
Condensador de área variável – consiste em manter uma
armadura fixa e fazer deslizar a outra armadura paralelamente à
que está fixa, variando apenas a área comum entre as armaduras, para que a distância entre elas se
mantenha constante.
Condensador de distância variável – neste caso, a área das armaduras
é mantida constante, variando-se apenas a distância entre armaduras.
Condensador
de
dieléctrico
variável
–
a
capacidade
do
condensador é feita variar pela maior ou menor introdução do dieléctrico
entre as armaduras.
Também no caso dos sensores capacitivos,
podemos
ter
modelos
mergulháveis,
que
normalmente são utilizados para a detecção de
materiais isolantes (madeira, plástico, cartão, vidro,
etc.). Este tipo de sensor é especialmente
recomendado quando:
Edição: 03/11 v01
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- As distâncias de detecção são relativamente
pequenas.
- É necessário detectar um material não condutor
através de uma superfície também não condutora
(vidro através de uma embalagem de cartão).
O caso dos sensores não mergulháveis são
mais recomendados para:
- A detecção a grande distância de um material
condutor, ou através de um material isolante.
- A detecção dum material não condutor colocado
à frente duma peça metálica ligada à massa.
As distâncias de funcionamento são função da
constante dieléctrica (r) do material a detectar.
Quanto maior for r, mais facilmente será o
material detectado.
O alcance de trabalho depende da natureza do
objecto a detectar: St = Sn x Fc
St – Alcance de trabalho
Sn – Alcance nominal
Fc – Factor de correcção do material a detectar
Valores da constante dieléctrica de vários materiais
Como exemplo, imaginemos que temos um detector com um St = 10 mm e pretendemos detectar um
material de borracha (Fc = 0,3).
Assim, o alcance de trabalho do sensor é St=10x0,3=3 mm, o que significa que o sensor só detecta
objectos de borracha se estes estiverem uma distância igual ou inferior a 3 mm
Edição: 03/11 v01
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- TRANSDUTOR PIEZOELÉCTRICO
O efeito piezoeléctrico foi descoberto em 1880 pelos irmãos Curie em França e consiste na
transformação de tensão mecânica (pressão) num sinal eléctrico (ou vice-versa).
Este tipo de sensores baseia-se no efeito apresentado por alguns cristais que variam a sua
frequência de ressonância natural em função da força aplicada.
A frequência natural (f0) é função do número do harmónico (n),
das dimensões do cristal (l), da densidade do cristal (d) e da rigidez
fo 
n
c

2l
d
efectiva do cristal (c):
Quando o cristal é carregado, isto é, quando lhe é aplicada uma
n

f  F   K  fo 2  
l

força externa a variação de frequência (Δf) é dada pela expressão
seguinte, onde F é a força aplicada e K é uma constante:
Certos materiais cristalinos, como o quartzo e o titanato de bário, quando submetidos a uma força F
entre as suas faces, ficam polarizados, ou seja, verifica-se uma acumulação de cargas à sua
superfície. Se as superfícies forem revestidas por eléctrodos, é possível efectuar a sua medição,
sendo a relação dada por:
Q – Carga eléctrica nos eléctrodos
S – Sensibilidade por unidade de área
A – Área do eléctrodo que cobre uma das
faces
Edição: 03/11 v01
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p – Pressão aplicada sobre as faces do cristal
Uo – Tensão de saída do cristal
Q  S  A p
q – Carga eléctrica nos eléctrodos
C – Capacidade do cristal, entre
Uo 
q
C
eléctrodos
Princípio de funcionamento do sensor piezoeléctrico
A maior parte dos transdutores piezoeléctricos utilizam como material o quartzo. A carga gerada tem
um valor muito baixo, necessitando assim de um circuito amplificador e de um condicionamento do
sinal. São utilizados para medir grandes variações de pressões, ou seja, para medições dinâmicas.
Possuem alta estabilidade térmica e podem medir pressões desde 1 mbar até 10 kbar.
O factor de qualidade (Q) representa a medida da eficiência da oscilação. Os valores deste
parâmetro para osciladores de quartzo é cerca de 3 a 4 ordens de grandeza superior aos osciladores
à base de componentes eléctricos passivos.
- TRANSDUTORES DE EFEITO DE HALL
O efeito de Hall é o resultado da acção de um campo magnético sobre cargas eléctricas em
movimento no interior de um condutor. Considere-se um condutor, por simplicidade de exposição, de
secção rectangular, colocado num campo magnético, como indicado na figura. O condutor é
percorrido por uma corrente eléctrica, imposta do exterior. Uma vez que as cargas se encontram em
movimento num campo magnético, ficam sujeitas à força magnética FB:
Por estarem sujeitas à força FB indicada na figura, as cargas irão deslocar-se para a parte superior
do condutor; a concentração de cargas positivas na face superior (e negativas na inferior), origina um
Edição: 03/11 v01
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campo eléctrico EH, com a direcção do eixo dos zz, de sentido contrário a FB. A este campo eléctrico
corresponderá uma diferença de potencial VH entre as faces superior e inferior do condutor
(VH=EH.d).
Principio de funcionamento do sensor de efeito de Hall
No equilíbrio será qvB = qE, pelo que fica, VH=vBd. Mas v=I/nqA, pelo que se pode escrever,
representando por e a espessura do condutor:
A constante RH designa-se por coeficiente de Hall e que depende do material condutor.
Este dispositivo utiliza-se em instrumentação de medida para detectar a posição de peças e para
medição de posições angulares: mudando a posição relativa do campo magnético em relação a v de
acordo com a grandeza a medir, varia a força magnética, e consequentemente varia VH.
- TRANSDUTORES RESISTIVOS DE TEMPERATURA
Edição: 03/11 v01
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Os transdutores de temperatura são dispositivos que permitem ler temperaturas desde a criogenia
(temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto) à fusão, incluindo a fusão nuclear. A forma
de selecção do tipo de transdutor mais conveniente para cada aplicação é também condicionada
pelo tipo de ambiente onde este irá ser aplicado. Em termos gerais existem 3 grandes tipos de
transdutores de temperatura: resistivos, termopares e termístores.
DETECTORES DE TEMPERATURA RESISTIVOS
Os detectores de temperatura resistivos (RTD) são normalmente feitos de fio ou chapa fina gravada
de Pt, Ni ou outros materiais cuja resistência varia com a temperatura, de forma coerente. Neste
caso, a resistência do metal aumenta com a temperatura. A relação entre a resistência e a elevação
de temperatura é dada por:
R – Resistência do condutor
R0 – Resistência do condutor a 20ºC
 – Coeficiente de temperatura da resistência
t – Diferença entre a temperatura local e a temperatura
ambiente que se considera a 20 ºC
A incerteza de medida com estes detectores é da ordem dos ±0,1 ºC. Este tipo de detectores
existem na forma encapsulada ou não encapsulada, função do meio onde estes são utilizados.
As vantagens destes detectores são:
- Saídas estáveis por longos períodos de tempo
- Fácil de serem recalibrados
- Elevada precisão sobre uma faixa estreita de temperaturas
Como desvantagens temos:
- Faixa de precisão de leituras de temperatura menor (entre os -200ºC e os 700ºC), quando
comparados com os termopares
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- Custo inicial mais elevado que os termopares;
- Menos robustos que os termopares, quando sujeitos ao choque e vibrações mecânicas.
Os tipos de RTD mais usados na indústria são as Pt100 ou Ni100, que são resistências à base de
platina ou níquel, com um valor de 100 °C a 0 °C.
Em termos de processo de medida, o detector funciona como o braço de uma ponte de Wheatstone.
Neste tipo de sensores, os cabos de ligação podem contribuir para o erro da medida, especialmente
se os cabos são demasiado compridos. O erro introduzido pelos cabos de ligação pode ser
minimizado com recurso a cabos de compensação ou
pela utilização de um transmissor montado próximo
do RTD.
Os RTD mais baratos e de menos precisão são feitos
de fio de cobre ou níquel (comportamento não linear
da sua resistividade em função da temperatura, em
faixas largas de temperatura).
Vários tipos de RTD
TERMOPARES
O termopar é outro tipo de sensor utilizado para medir temperaturas. Consiste na união de dois
metais de materiais diferentes, que produzem uma diferença de potencial na extremidade oposta à
união, que é proporcional à temperatura aplicada à união. A tensão eléctrica não é produzida na
junção dos condutores, mas sim ao longo dos condutores que o constituem. O gradiente de electrões
existente nos condutores provocado pela exposição ao gradiente de temperatura origina a diferença
de potencial eléctrico característico dos termopares (é um sensor activo).
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Constituição do termopar
Coeficiente de Seebeck
Um condutor com uma extremidade à temperatura T1 e a outra à
temperatura T2, apresenta uma tensão V. Essa tensão resulta do produto
V = S(T2-T1)
entre o coeficiente de Seebeck (S – expresso em μV/ºC) e a diferença de
temperaturas.
Num termopar, designa-se por junção fria ou de referência à junção que é mantida a uma
temperatura relativamente constante ou a que corresponde um potencial fictício de referência. Por
junção quente, entende-se a junção no ponto de medida.
Uma das condições importantes a ter em conta pelo utilizador é a identificação do tipo de termopar
que está a utilizar. Para isso existem tabelas com os diferentes tipos de materiais que se podem
utilizar em termopares e um código de cores que identificam os seus terminais.
Termopares
C
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Características Genéricas
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Cromel/Alumel
NiCr/NiAl
Atmosferas oxidantes e inertes.
-200 a 1270
Limitações em vácuo e em atmosferas
Tipo K
redutoras.
Ferro/Constantan
Atmosferas redutoras, inertes e em vácuo.
Fe/CuNi
0 a 750
Limitações em atmosferas oxidantes a
elevadas temperaturas.
Tipo J
Cromel/Constantan
Atmosferas oxidantes ou inertes.
NiCr/CuNi
- 200 a 900
Limitações em atmosferas redutoras.
Tipo E
Cobre/Constantan
Cu/CuNi
Atmosferas húmidas.
- 200 a 350
Limitações em atmosferas oxidantes.
Tipo T
Platina 10% Ródio/Platina
Atmosferas oxidantes ou inertes
Pt10%Rh/Pt
0 a 1450
Sensível a contaminações
Tipo S
Pt13%Rh/Pt
0 a 1450
Tipo R
6% Ródio
0 a 1820
Tipo B
Muito utilizado na industria Vidro.
Código de cores para termopares normalizados (de acordo com os padrões nos EUA)
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Cor do fio de
Cor do fio de
isolamento positivo
isolamento negativo
B
Cinzento
Vermelho
E
Roxo
Vermelho
J
Branco
Vermelho
K
Amarelo
Vermelho
R/S
Preto
Vermelho
T
Azul
Vermelho
Tipo de Termopar
O processo de selecção do termopar mais adequado a uma dada aplicação deve ter em conta:
- Faixa de temperaturas a usar;
- Resistência química do termopar ao meio ambiente onde vai ser usado;
- Resistência à abrasão e às vibrações;
- Diâmetro e forma de apresentação do termopar (encapsulado ou não encapsulado);
No processo de selecção de um termopar deve-se também ter em conta que a junção pode ser
blindada e poderá estar numa das 3 configurações possíveis: à massa, flutuante ou exposta.
Junção à massa
Junção flutuante
Junção exposta
Junção à massa - os fios do termopar estão fisicamente ligados à parte interior da ponta de
prova/blindagem. Tal faz com que exista uma boa transferência de calor do exterior para a junção
através das paredes da ponta de prova/blindagem. Este tipo de junção é recomendada para
medições de temperatura estacionárias ou em que existam gases corrosivos ou elevadas
temperaturas ou pressões.
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Junção flutuante - a junção não se encontra ligada às paredes da ponta de prova ou blindagem.
Embora possua tempos de resposta baixos, a vantagem que oferece é do seu isolamento eléctrico.
Junção exposta - esta encontra-se em contacto directo com o ambiente cuja temperatura se
pretende determinar. Este tipo de configuração está associada a sistemas com os melhores tempos
de resposta mas está limitada a meios não corrosivos e não pressurizados.
TERMÍSTORES
Os termístores são transdutores de temperatura feitos à base de óxidos metálicos semicondutores
que possuem coeficientes de temperatura positivos (PTC) ou negativos (NTC) da resistência.
Os termístores PTC variam a sua resistência proporcionalmente com a temperatura, e são
normalmente utilizadas em sistemas em que se pretenda uma elevada variação da resistência a uma
dada corrente ou temperatura.
Os termístores PTC são muito utilizados para medição de temperaturas entre 60ºC e 180ºC e têm
como principais aplicações:

Protecção de enrolamentos em motores eléctricos e transformadores;

Fusível de estado sólido para protecção contra níveis de correntes excessivas, que variam
dos mA aos vários amperes e níveis de tensão continua que podem ir até cerca de 600 V
(protecção de fontes de alimentação);

Sensores de níveis de líquidos (ex.: controlo do líquido de arrefecimento de motores de
automóveis)
No caso dos termístores NTC, a sua a resistência diminui com o aumento de temperatura.
Estes sensores térmicos são normalmente muito estáveis, suportam elevadíssimas temperaturas,
sendo por isso usados para controlar a temperatura de reactores nucleares.
Além disso, estes dispositivos têm também como vantagem, o facto de possuírem resistências
elevadas e portando minimizarem a contribuição da resistência de contactos, o seu baixo custo e a
possibilidade de poderem ser utilizados em formas miniaturizadas.
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Diferentes tipos de cápsulas e geometrias, e o tamanho reduzido, permitem adaptar facilmente os
termístores a várias aplicações.
Curva características dos RTD, termopares e termístores
Utilizando alguns componentes básicos facilmente se poderá realizar
um circuito que dá uma saída em tensão em função da temperatura
do local, utilizando como elemento sensor de temperatura um
termístor.
- ENCODERS
Dá-se o nome de “encoder” a um dispositivo destinado a medir o número de rotações ou a
velocidade angular de máquinas por meio de um disco perfurado ou segmentado.
ENCODER TACOMÉTRICO
Este tipo de enconder possui um disco com ranhuras, com apenas um canal, onde apenas é possível
determinar a velocidade do deslocamento, e um sistema emissor/receptor de luz, que vai permitir a
detecção das ranhuras existentes no disco.
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Sensores Ópticos utilizados nos Encoders:
Podem-se empregar foto-díodos ou foto-transístor e uma fonte luminosa, tal como uma lâmpada,
LED ou laser.
Há dois tipos básicos de sensores:
- Sensor de reflexão
- Interrupção de luz
No sensor de reflexão um feixe luminoso atinge um disco com um furo ou marca de cor
contrastante, que gira. O sensor recebe o feixe reflectido, mas na passagem do furo a reflexão é
interrompida (ou no caso de marca de cor clara a reflexão é
maior), onde é gerado um pulso pelo sensor.
O sensor de interrupção de luz usa também um disco com
furo, onde a fonte de luz e o sensor ficam em lados opostos. Na
passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, gerando um pulso.
Exemplo de um optoacoplador
A frequência destes pulsos é igual à velocidade em rps nos dois tipos. As vantagens destes sensores
são o menor tamanho e custo, a maior durabilidade e a leitura à distância.
No exemplo que se mostra na figura, o sensor fotoeléctrico, possui na mesma cápsula, um díodo
emissor de luz e um fototransístor. Neste caso não é possível determinar o sentido do deslocamento,
porque os pulsos criados são iguais quando se está a rodar num sentido ou no outro.
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resolução 
360º
N º pulsos por volta
Encoder Tacométrico e tipo de sinal de saída
Também existem encoders tacométricos lineares que são utilizados para a medição de velocidade ou
posição de um determinado equipamento que possui um movimento linear ao longo de um
determinado eixo (ex.: o equipamento móvel que transporta o tinteiro numa impressora possui uma
fita com encoder que determina a posição do tinteiro consoante o número de pulsos gerados).
Exemplo encoder tacométrico linear
ENCODERS INCREMENTAIS
Este tipo de encoder fornece informações sobre o movimento executado e a direcção da rotação do
motor. Os encoders incrementais geram um certo número de impulsos por rotação.
O número de cada impulso é a medida da distância movida (angular ou linear), ou seja:
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-
Contando os pulsos e conhecendo o ângulo inicial, obtém-se por cálculo a posição.
-
O
sentido
de
rotação
é
determinado
fornecendo
um
segundo
sinal
desfasado
aproximadamente de 90º, em avanço ou atrasado em função da direcção.
Um disco codificado é montado no eixo. O disco é dividido em segmentos separados que são
alternadamente opacos ou transparentes. São colocados dois detectores fotoeléctricos desfasados
um do outro de modo que seja possível determinar o sentido de rotação.
Posição
inicial
1 ciclo
Aspecto do disco do encoder e disposição dos sensores
Os encoders incrementais podem possuir ainda um outro detector para detectar a posição inicial que
é dada através de uma marca ou ranhura no disco, que quando é detectada, faz um reset ao sistema
de contagem de pulsos.
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ENCODERS ABSOLUTOS
Os encoders absolutos fornecem informações mais rigorosas que os encoders incrementais.
Possuem a capacidade de informar a posição física de um elemento, assim que ele é activado, sem
a necessidade de fixação da posição inicial. Isto é possível porque o encoder transmite para o
controlador um sinal diferente para cada posição do eixo, uma vez que utilizam discos com vários
anéis concêntricos e cada anel tem um determinado número de divisões, que é diferente em cada
anel.
Aspecto do disco de um encoder absoluto
O disco é dividido em 2n sectores com n bits a serem detectados por n fototransístores alinhados
radialmente, permitindo definir 2n ângulos distintos.
Edição: 03/11 v01
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Aspecto físico de um encoder absoluto
TRANSDUTOR FOTOELÉCTRICO
FOTORESISTÊNCIA
O transdutor fotocondutivo é uma resistência feita de material do tipo semicondutor cujo valor é
dependente da intensidade luminosa que sobre ele incide. Isto é, quanto maior for a intensidade do
feixe luminoso incidente, menor será o seu valor da resistência.
Os seus valores variam de várias ordens de grandeza, apresentando normalmente uma resistência
elevada no escuro (quase circuito aberto) a uma baixa resistência, sob condições de forte iluminação
(quase curto circuito).
O tipo de semicondutor a utilizar é função do comprimento de onda da luz a utilizar. Para utilizações
da luz visível ou do infravermelho próximo, utiliza-se o silício
cristalino ou amorfo. Nestes casos, para baixos níveis de
iluminação, existe uma relação linear entre a resistência e o
nível de iluminação da intensidade luminosa utilizada. Quando
se utilizam intensidades luminosas muito elevadas, a relação
deixa de ser linear.
Este tipo de dispositivos é utilizado como sensor óptico,
nomeadamente em sistemas de abertura e fecho de circuitos,
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por interrupção de um feixe de luz, tal como acontece
com a abertura e fecho de muitas portas, de forma
automática.
Aspecto físico das fotoresistências
DETECTORES FOTOELÉCTRICOS
Um detector fotoeléctrico é composto por um emissor de luz (díodo electroluminescente) associado a
um receptor sensível à quantidade de luz recebida (fototransístor), que trata o sinal luminoso e
converte-o em corrente eléctrica, e posteriormente compara essa corrente com um valor de
referência e caso exista diferença, comuta a sua saída.
A luz emitida pelo emissor pode ser visível (luz vermelha, verde, laser vermelho) ou invisível (raios
infravermelhos e raios ultravioletas).
O princípio de funcionamento deste tipo de sensores baseia-se na emissão de um feixe luminoso
(pelo emissor) para um aparelho receptor e detector do tipo de radiação que é emitida.
Enquanto houver recepção do feixe luminoso no receptor, a saída deste sensor mantêm-se
inalterada. Assim que algum objecto interrompe a passagem do feixe luminoso para o receptor, este
altera a sua saída, indicado que houve a detecção do objecto que se encontra entre o emissor e o
receptor.
Edição: 03/11 v01
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Para insensibilizar o sensor fotoeléctrico à luz ambiente, o feixe luminoso é modulado de maneira a
obter uma emissão luminosa por impulsos, e assim, só o sinal modulado é detectado pelo receptor,
não sendo influenciado por outros tipos de radiação.
Contudo, neste tipo de sensores não é obrigatoriamente necessário que o emissor esteja fisicamente
separado do receptor, existindo situações em que o emissor e o receptor se encontram na mesma
cápsula, embora o receptor só recebe essa radiação quando existir um objecto reflector em frente do
emissor, em que o objecto reflector pode ser tipo um “espelho” ou o próprio objecto a detectar, caso
este possua cores e propriedades reflectoras da luz apropriadas.
Eis alguns exemplos de sistemas de detecção através de sensores fotoeléctricos:
Edição: 03/11 v01
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Aplicações e ligações típicas de sensores fotoeléctricos
Os sensores fotoeléctricos são escolhidos em função da distância que se pretende detectar o objecto
e do sistema de detecção que melhor se adapta ao local:
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
SISTEMA DE BARRAGEM
VANTAGENS:
- Grande alcance (várias dezenas mt)
- Detecção muito precisa
- Detecção independente da cor do
objecto
- Bom comportamento em ambientes
difíceis (poeiras, etc.)
INCONVENIENTES:
- 2 equipamentos para ligar
- O objecto a detectar deve ser opaco
- Alinhamento preciso e delicado, visto o detector emitir raios infravermelhos (invisíveis).

SISTEMA DE REFLEX POLARIZADO
VANTAGENS:
- Alcance médio (até 15 mt)
- Detecção precisa
- Detecção independente da cor do
Objecto.
- Apenas 1 equipamento a ligar
- Emissão por luz vermelha visível
INCONVENIENTES:
- Alinhamento preciso a realizar
- O objecto a detectar deve ser opaco (sem peças metálicas que possam ser reflectoras) e maior
que o reflector.
Edição: 03/11 v01
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
SISTEMA DE PROXIMIDADE
VANTAGENS:
- Apenas 1 equipamento a ligar
INCONVENIENTES:
- Alcance reduzido
- Sensibilidade às diferenças de cor
do objecto ou do plano de fundo.
- Alinhamento difícil do objecto,
visto que a luz emitida é
infravermelha.

SISTEMAS ESPECÍFICOS – FIBRAS ÓPTICAS
A fibra comporta-se como um condutor de luz. Os raios
luminosos entram num determinado ângulo e são
transmitidos até ao ponto pretendido com um mínimo de
perdas. O sistema através de fibra óptica permite a
detecção de objectos muito pequenos (da ordem dos
mm), aliado a uma detecção extremamente precisas.
As fibras podem ser:
Fibras de plástico – o núcleo da fibra é em plástico
flexível, normalmente constituído por apenas uma fibra
com diâmetro entre 0,25 e 1 mm. Têm a vantagem de
poderem ser cortadas no comprimento pretendido.
Edição: 03/11 v01
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Fibras de vidro – o núcleo da fibra é em sílica. É constituída por uma série de fibras unitárias com
diâmetro igual a cerca de 50m.
Possuem a característica de se poderem utilizar em locais com temperaturas elevadas (até 250ºC) e
pode-se utilizar mangas metálicas para protecção contra choques e esmagamentos.
SENSOR ULTRA-SÓNICO E DE MICRO-ONDAS
O transdutor de ultra-som é constituído por um emissor que emite um sinal de alta frequência (entre
os 30 e 50 kHz, inaudível ao homem) através de um cristal piezoeléctrico, e um detector de ultrasom.
O cristal piezoeléctrico ao vibrar envia o sinal sonoro em direcção ao objecto. Parte desse sinal
sonoro ao incidir num objecto é reflectido (eco do som emitido), e reenviado para o detector de ultrasom, que mede o tempo de propagação entre os impulsos emitidos e reflectidos correspondentes e
calcula a distância do objecto ao sensor, através da seguinte expressão:
D – Distância entre o sensor e o objecto
v = velocidade do som (340 m/s no ar)
t = intervalo de tempo entre a transmissão e a recepção
Princípio de funcionamento do sensor ultra-sónico
Edição: 03/11 v01
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Cada impulso é constituído por um sinal sinusoidal com uma determinada duração, contendo um
determinado número de ciclos
A principal utilização destes transdutores é a medição de distâncias ou detecção de objectos, onde
têm bastante aplicação na micro-robótica, na detecção de nível de líquidos e sólidos em
reservatórios e sistemas de intrusão.
No caso dos sensores de micro-ondas, a única diferença é que em vez de ultra-sons utilizam-se
ondas electromagnéticas, na gama das micro-ondas.
Tipo de sensores ultrasónicos de proximidade
Influências externas no funcionamento dos detectores ultrassónicos
Edição: 03/11 v01
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Princípio de funcionamento do detector ultrassónico
Estrutura interna de um sensor de proximidade [ ultrasónico ]
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Aplicações industriais dos sensores de proximidade ultrasónicos
Edição: 03/11 v01
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CAPÍTULO 6 – TIPOS DE LIGAÇÃO ELÉCTRICA TRANSDUTORES
TIPOS DE LIGAÇÕES E CONFIGURAÇÕES ELÉCTRICAS DOS SENSORES
SENSORES COM ALIMENTAÇÃO A CORRENTE CONTÍNUA:

SENSOR COM SAÍDA A TRANSÍSTOR NPN
São sensores que possuem no estágio de saída um transístor que tem função de ligar/desligar o
terminal negativo da fonte.

SENSOR COM SAÍDA A TRANSÍSTOR PNP
São sensores que possuem no estágio de saída um transístor que tem função de ligar/desligar o
terminal positivo da fonte.
Edição: 03/11 v01
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
SENSOR COM ALIMENTAÇÃO/SINAL A 2 FIOS:
São sensores que vão ligados em série com a carga, da mesma forma que um fim de curso
mecânico. A alimentação do circuito interno é obtida através de uma pequena corrente que circula
pela carga, gerando uma pequena tensão residual incapaz de accionar a maioria das cargas
ligadas na saída.

SENSOR COM SAÍDA ANALÓGICA:
Alguns sensores alimentados a 24VDC possuem uma saída analógica que permite dar um sinal
contínuo em função da variável a ser medida.
Edição: 03/11 v01
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SENSORES COM ALIMENTAÇÃO A CORRENTE ALTERNADA:

SENSORES CORRENTE ALTERNADA A 3 OU A 4/5 FIOS:
Nos casos em que a corrente de fuga do sensor a 2 fios causam o accionamento da carga,
pode-se utilizar o sensor a 3 ou a 4 fios que possuem 2 fios exclusivos para alimentação.
Edição: 03/11 v01
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
SENSORES A 2 FIOS COM ALIMENTAÇÃO A CORRENTE CONTÍNUA E/OU ALTERNADA:
São sensores a 2 fios com uma alimentação que funcionam de 20 a 250V tanto em corrente
contínua como em corrente alternada e são opções de aplicações, para estratégia de estoque e
altas tensões CC.

SENSOR TIPO NAMUR
Semelhante aos sensores convencionais, os sensores Namur diferenciam-se apenas por não
possuírem no estágio de saída um transístor para ligar/desligar a carga.
NAMUR é uma norma que regulamenta este tipo de sensores, especialmente para indústria
química. Este tipo de sensor foi especialmente projectado para trabalhar em sistemas
intrinsecamente seguros, ou seja, para operarem em ambientes onde são exigidos equipamentos à
Edição: 03/11 v01
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prova de explosão. O seu sinal de saída deve ser interpretado por um amplificador adequado, uma
vez que apresentam correntes de consumo máximas de alguns mA quando em funcionamento.
Os equipamentos de segurança intrínseca são construídos de tal modo que os seus circuitos
eléctricos não são capazes de gerar faíscas ou produzir aquecimento suficiente para deflagrar
atmosferas explosivas.
 SENSOR COM BARREIRA DE PROTECÇÃO
Exemplo de Barreira de Protecção
A barreira de protecção consiste num circuito limitador de corrente e também por um limitador de
tensão. Nestas condições a energia que se dissipa no elemento sensor, é insuficiente para originar
uma elevação de temperatura que conduza à ignição dos produtos inflamáveis. O tipo de barreira
depende do tipo da instrumentação de medida ou do sensor utilizado.
As barreiras de protecção deverão ser sempre instaladas dentro de um armário de protecção, em
ambiente livre de humidade e de poeiras. Este armário deverá ser colocado em zona segura, mas o
mais perto possível da zona de risco.
Edição: 03/11 v01
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CAPÍTULO 7 – CONTROLO AUTOMÁTICO
Introdução
Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variáveis eram controladas pelo elemento
humano; o controlo manual.
Atualmente, devido a complexidade dos processos, seja por questões de segurança ou de economia,
o elemento humano foi substituído por instrumentos capazes de executar essas tarefas: são os
controladores automáticos.
A mão de obra pode ser extremamente reduzida, uma vez que restaram poucas operações manuais
e a fiscalização ou supervisão geral da instrumentação é de fácil execução.
Como vantagens de controlo automático sobre o elemento humano, temos:
•
Redução de custos através da diminuição de mão de obra;
•
Garantia de uniformidade de produtos acabados;
•
Garantia maior de segurança pessoal e do equipamento.
5.1. Conceito de controlo automático
Entende-se por controlo automático um conjunto de operações que consistem em:
•
Medir uma variável;
•
Comparar esta medida com um valor desejado;
•
Corrigir o desvio observado.
A figura abaixo mostra, sob a forma de notação de blocos, o conceito de controlo automático.
Edição: 03/11 v01
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Os componentes principais do controlo automático são: o processo e o controlador automático. O
processo ou sistema controlado compreende uma operação ou uma série de operações realizadas
no, ou pelo equipamento, no qual uma variável é controlada.
O controlador automático é um instrumento que recebe o valor da variável medida e atua para
corrigir ou limitar o desvio dessa variável em relação a um ponto de controlo (valor constante préestabelecido para a variável) ou então limitar o desvio da variável em relação a uma lei préestabelecida (valor variável da própria variável).
O controlador atua sobre o elemento final de controlo.
O elemento final de controlo é o dispositivo que varia diretamente o valor da variável manipulada.
Variável controlada é a quantidade ou condição que é medida e controlada.
Variável manipulada é a quantidade ou condição que é variada pelo elemento final de controlo, de
modo a efetuar o valor da variável controlada.
Meio controlado é a energia ou material do processo no qual a variável é medida e controlada.
Agenda de controlo é a energia ou material do processo, do qual a variável manipulada é uma
condição ou característica.
A figura abaixo mostra exemplo prático do emprego desses termos.
Edição: 03/11 v01
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Variável manipulada é a quantidade
ou condição
é variadaoupelo
elemento
de controle,
de
Variável controlada
é aque
quantidade
condição
quefinal
é medida
e control
efetuar o valor da variável controlada.
Variável manipulada é a quantidade ou condição que é variada pelo ele
Meio controlado é a energia
ou material
no qual a variável é medida e controlada.
efetuar
o valor do
da processo
variável controlada.
Agenda de controle é a energia
ou material édoa processo,
qual a do
variável
manipulada
con
Meio controlado
energia oudo
material
processo
no qual éa uma
variável
característica.
Agenda de controle é a energia ou material do processo, do qual a vari
A figura abaixo mostra exemplo
prático do emprego desses termos.
característica.
A figura abaixo mostra exemplo prático do emprego desses termos.
7.1. Malhas ou circuitos
deoucontrolo
17. Malhas
circuitos de controle
Uma malha ou circuito
de ou
controlo
representação
em blocosemnablocos
próxima
figura) figura)
consiste
do do p
Uma malha
circuito(vide
de 17.
controle
(vide
na próxima
consiste
Malhas
ourepresentação
circuitos de controle
do elemento de medição (com ou sem transmissão) do controlador, do elemento final de contr
processo, do elemento
de medição (com ou sem transmissão)
do controlador,
do elemento final de
controlador. Se o controlador está na chamada
posição manual
, dizemos que a malha é aberta
Uma malha ou circuito de controle (vide representação em blocos na pr
controladorSe
naoposição

automática
malha
é fechada
(com
controlo e do controlador.
controlador
naa chamada
“posição
manual”,
dizemos quedoa malha
do está
elemento
de medição
(com
ourealimentação).
sem transmissão)
controlador, d
controlador. Se o controlador está na chamada
posição manual
, dize
é aberta. Com o controlador na posição “automática”
a malha é fechada (com realimentação).
controlador na posição
automáticaa malha é fechada (com realimentaç
Sistemas de controle
De acordo com a natureza da energia usada pelo controlador, os sistemas de controle pod
pneumáticos, hidráulicos, elétricos e eletrônicos.
Sistemas de controlo
Sistemas de controle
De acordo com a natureza da energia usada pelo controlador, os
Os controladores pneumáticos usam ar comprimido, limpo e seco.
pneumáticos,
hidráulicos, os
elétricos
e eletrônicos.
De acordo com a natureza da energia usada
pelo controlador,
sistemas
de controlo podem ser:
Os controladores
hidráulicos
usam líquidos, principalmente, óleo.
pneumáticos, hidráulicos,
elétricos
e electrónicos.
Os controladores pneumáticos usam ar comprimido, limpo e seco.
controladores
elétricos
e eletrônicos
utilizam
energia
elétrica, sendo
que ausam
natureza
Os controladoresOs
pneumáticos
usam
ar comprimido,
limpo
e seco.a Os
controladores
hidráulicos
Os controladores
hidráulicos
usam
líquidos, principalmente,
óleo.
componentes é que define se os mesmos pertencem a um grupo ou ao outro.
líquidos, principalmente, óleo.
Os controladores elétricos e eletrônicos utilizam a energia elétrica,
componentes é que define se os mesmos pertencem a um grupo ou ao o
Os controladores elétricos e electrónicos utilizam a energia elétrica, sendo que a natureza de seus
Luís Francisco
componentes é que define se os mesmosProfessor
pertencem
a um Casteletti
grupo ou ao outro.
Modos de controlo
O controlador de um sistema de controlo pode efetuar a sua ação de correção de modos diversos.
Se o elemento final de controlo (em geral válvula de controlo) tem somente duas posições, o controlo
Edição: 03/11 v01
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Instru
Modos de controle
denomina-se de “duasOposições”,
oude“on-off”.
a válvula
controlo
uma posição
controlador“abre-fecha”
de um sistema
controleSe
pode
efetuar ade
sua
ação detem
correção
de modos diver
determinada para cada
o controlo
chamado
“proporcional”.
Secontrole)
a válvula
tem
a sua posição
Sedesvio,
o elemento
final deé controle
(em
geral válvula de
tem
somente
duas posições,
denomina
de
duas
abre-fecha
ou
.
reajustada (processo com
“variação
de posições
carga”) a,
fim
de manter
aon-off
variável
no valor desejado, temos
controlo de reajuste automático
ou de
integral
(“reset”).
Se aposição
válvula determinada
de controlo para
tem acada
intensidade
Se a válvula
controle
tem uma
desvio, odecontrol

proporcional
variação aumentada em
função da. velocidade do desvio, temos o controlo derivativo ou antecipatório
Seduas
a válvula
tem sua
reajustada

variação
de carga
) a fim de mante
(“rate”). O controlo de
posições
é posição
satisfatório
para (processo
processoscom
que
permitem
as oscilações
valor desejado, temos controle de reajuste automático ou integral (
reset
).
decorrentes. É usado para processos simples, não críticos.
Se a válvula de controle tem a intensidade de variação aumentada em função da velocida
O controlo proporcional
é aconselhável
para processos
contínuos
mais
temos
o controle derivativo
ou antecipatório
(
rate
). complexos e delicados.
O torna-se
controle de
duas posições
para processos
que permitem as oscilações d
Neste modo de controlo
necessário
expor éa satisfatório
noção de “faixa
proporcional”.
usado para processos simples, não críticos.
Suponhamos o caso de um indicador-controlador de uma variável qualquer, escala de zero a 100%.
O controle proporcional é aconselhável para processos contínuos mais complexos e delicados
O ponto de ajuste escolhido foi 50%.
Neste modo de controle torna-se necessário expor a noção de
faixa proporcional
.
Observamos o ponteiro em relação ao índice; à medida que o ponteiro se afasta do índice para um
Suponhamos o caso de um indicador-controlador de uma variável qualquer, escala de ze
dos lados, a válvula vai
abrindo ou fechando, isto é, desloca-se para uma das posições extremas.
ponto de ajuste escolhido seja 50%.
O afastamento do ponteiro
para outro
lado doem
índice
faráaoa índice;
válvulaàalcançar
a outra
posição
Observamos
o ponteiro
relação
medida que
o ponteiro
seextrema.
afasta do índice
lados, a válvula vai abrindo-se ou fechando-se, isto é, deslocando-se para uma de suas posiç
Suponhamos que tais fatos aconteceram quando o ponteiro atingiu 20% e 80%, respectivamente
afastamento do ponteiro para outro lado do índice fará a válvula alcançar a outra posição ex
conforme mostrado naOfigura
abaixo.
Suponhamos que tais fatos aconteceram quando o ponteiro atingiu 20% e 80%, respectivam
mostrado na figura abaixo.
Onde:
PA = Ponto de controle;
VM = Variável medida;
Onde: PA = Ponto dedcontrolo;
= Desvio (PA - VM).
VM =Variável medida;Dizemos, que a faixa proporcional de controlador está ajustada em 60%.
d
=
Desvio (PA - VM).
Ou seja: F . P . =
80 - 20
x 100 = 60%
100 - 0
Portanto, faixa proporcional pode ser definida como a relação entre o deslocamento do pont
do instrumentode(que
corresponde
movimento
da válvula) e a escala total do instrumen
Dizemos, que a faixa proporcional
controlador
estáaoajustada
emtotal
60%.
O controle integral tem sua aplicação em sistemas sujeitos a
variações de carga
. Essa
linguagem da instrumentação, significa quaisquer influências sobre a variável controlada d
processual.
Edição: 03/11 v01
121 de 186
Onde:
PA = Ponto de controle;
VM = Variável medida;
d
= Desvio (PA - VM).
Dizemos, que a faixa proporcional de controlador está ajustada em 60%.
Ou seja: F . P . =
80 - 20
x 100 = 60%
100 - 0
Portanto, faixa proporcional pode ser definida como a relação entre o deslocamento do ponteiro na escala
Portanto,
faixa (que
proporcional
pode
ser definida
como
a relação
entre o
deslocamento
do ponteiro na
do instrumento
corresponde
ao movimento
total
da válvula)
e a escala
total
do instrumento.
escala do instrumento (que corresponde ao movimento total da válvula) e a escala total do
O controle integral tem sua aplicação em sistemas sujeitos a
variações de carga
. Essa expressão em
linguagem
da
instrumentação,
significa
quaisquer
influências
sobre
a
variável
controlada
de um sistema
instrumento.
processual.
O
controlo integral tem a sua aplicação em sistemas sujeitos a “variações de carga”. Essa expressão
41
em linguagem da instrumentação, significa quaisquer influências sobre a variável controlada de um
sistema processual.
Assim por exemplo: suponhamos um forno, onde é controlada a temperatura de óleo na saída
através da atuação do controlador sobre uma válvula de controlo colocada na linha de alimentação
do combustível para os maçaricos.
Poderíamos citar como “variações de carga” possíveis:
a)
Variação da temperatura ambiente;
b)
Variação da pressão do combustível;
c)
Variação do poder calorífico do combustível;
d)
Variação na espessura das paredes dos tubos onde passa o óleo.
Este modo de controlo somente cessa a sua correção quando a variável controlada e o ponto de
ajuste estão no mesmo valor.
Geralmente, o controlo integral é usado juntamente com o controlo proporcional.
O controlo derivativo tem a sua aplicação em processos onde é necessária uma correção rápida em
função da velocidade do desvio da variável em relação ao ponto de controlo.
É empregado da seguinte forma:
a)
Controlo proporcional + controlo integral + controlo derivativo;
b)
Controlo proporcional + controlo derivativo.
Edição: 03/11 v01
122 de 186
7.1.1. Controlo em cascata
Certos processos tem um comportamento específico e mais crítico e daí o sistema pode ser, por
exemplo, de controlo “em cascata”.
Neste controlo temos o controlador da variável primária e o controlador da variável secundária. O
controlador primário atua no ponto de ajuste (ponto de controlo variável) do controlador secundário.
O controlador secundário atua sobre a válvula de controlo (elemento final de controlo).
O controlo em cascata permite, geralmente, o seguinte:
a)
Controlo automático dos controladores primário e secundário (cascata propriamente dita);
b)
Controlo manual do controlador primário e automático do controlador secundário;
c)
Controlo manual do controlador secundário.
Os controlos em cascata mais comuns são:
•
Controlos de temperatura e de caudal;
•
Controlos de nível e de caudal.
5.2.2. Controlo de uma razão
Em sistemas de controlo onde há necessidade de se manter o valor de uma variável guardando uma
razão com uma outra variável do sistema, temos o “controlo de razão”.
Assim, suponhamos que se deseja misturar dois produtos líquidos, guardando sempre uma razão ou
Edição: 03/11 v01
123 de 186
relação de vazões. Um caudal é considerado principal e o outro secundário.
Naturalmente, os sinais de medição dos dois caudais vão ao controlador e este em função do “ajuste
de razão” envia um sinal de correção para uma válvula de controlo colocada na linha do caudal
secundário.
7.2. Controlo “Override”
Este tipo de controlo é geralmente, necessário para controlar um processo com um único elemento
final de controlo, a partir das duas ou mais variáveis que são interdependentes e que não devem
Instrum
ultrapassar certos limites de segurança máxima ou mínima. Um exemplo deste tipo de controlo vem
Este tipo de controle é geralmente, necessário para controlar um processo com um único elem
ilustrado na figura abaixo.
controle, a partir das duas ou mais variáveis que são interdependentes e que não devem ultra
limites de segurança máxima ou mínima.
Um exemplo deste tipo de controle vem ilustrado na figura abaixo.
O objetivo desse sistema de controle é evitar a perda da pressão de sucção na eventualid
O objetivo desse sistema
de controlo
é evitar
a perdaseja
da pressão
demanda
da pressão
de descarga
elevada. de sucção na eventualidade de que
a demanda da pressão de descarga seja elevada.
O controlador de sucção do compressor; o controlador de descarga recebe um sinal que c
pressão de descarga do compressor.
O controlador de sucção do compressor; o controlador de descarga recebe um sinal que corresponde
Osdo
sinais
de saída dos dois controladores são aplicados à estação
override
.
à pressão de descarga
compressor.
Normalmente, a pressão de descarga controla a válvula de pressão de descarga do compress
Os sinais de saída dos dois controladores são aplicados à estação “override”. Normalmente, a
Se a pressão de sucção do compressor cai abaixo do ponto de controle estabelecido para o
c
pressão de descarga sucção
controla, este
a válvula
deopressão
descarga
do compressor.
assume
controle de
do sistema,
através
da estação
override
.
Se a pressão de sucção do compressor cai abaixo do ponto de controlo estabelecido para o
17.3. Controle de caldeiras
03/11 v01tem, em geral, sistemas de controle típicos,
124 detradicionai
186
Tal título se deve a queEdição:
as caldeiras
dos principais sistemas.
a) Controle de água de alimentação das caldeiras
“controlador da sucção”, este assume o controlo do sistema, através da estação “override”.
7.3. Controlo de caldeiras
Tal título deve-se a que as caldeiras tem, em geral, sistemas de controlo típicos, tradicionais.
Trataremos dos principais sistemas.
a)
Controlo de água de alimentação das caldeiras
A finalidade deste controlo é manter o nível no tubo da caldeira, no nível médio.
Em caldeiras de maior porte e de altas pressões não é comum adotar-se um controlo de nível, no
sentido simples de um controlador normal.
O sistema de controlo de nível basicamente aplicado é chamado de “3 elementos”. A figura abaixo
mostra tal sistema de controlo.
Em linhas gerais, tal controle consiste na comparação de vazão de demanda de vapor com a vazão de
Ementrada
linhas gerais,
tal para
controlo
consiste na
de caudal
de demanda
de vapor
com o caudal
de água
alimentação
da comparação
caldeira, sendo
tal resultado
reajustado
automaticamente,
se
necessário,
nível
do alimentação
próprio tubulão.
de entrada
de pelo
água
para
da caldeira, sendo tal resultado reajustado automaticamente,
se necessário,
nível dode
próprio
b) Controlepelo
da pressão
vapor tubo.
Esse controle é feito pelo controle da combustão da caldeira.
Edição:
v01
Engloba um controle de combustível (gás e/ou
óleo03/11
combustível)
e um controle de ar.
A figura abaixo mostra um esquema simples de controle de combustível.
125 de 186
Em linhas gerais, tal controle consiste na comparação de vazão de demanda de vapor
b)
Controlo da pressão
de vapor
entrada
de água para alimentação da caldeira, sendo tal resultado reajustado auto
necessário, pelo nível do próprio tubulão.
Esse controlo é feito pelo controlo da combustão da caldeira. Engloba um controlo de combustível
b) Controle da pressão de vapor
(gás e/ou óleo combustível)
um controlo
de ar.
A figura
abaixo mostra
um esquema simples de
Esseecontrole
é feito pelo
controle
da combustão
da caldeira.
controlo de combustível.
Engloba um controle de combustível (gás e/ou óleo combustível) e um controle de ar.
A figura abaixo mostra um esquema simples de controle de combustível.
Pode-se queimar apenas óleo ou então apenas gás ou ainda por meio de dispositivos a
óleo e gás, ao mesmo tempo.
Pode-se queimar apenasProfessor
óleo Luís
ou Francisco
então apenas
Casteletti gás ou ainda por meio de dispositivos auxiliares
queimar óleo e gás, ao mesmo tempo.
A figura abaixo exemplifica um sistema de controlo do ar para combustão.
Edição: 03/11 v01
126 de 186
A figura abaixo exemplifica um sistema de controle do ar para combustão.
Pode-se usar ou a vazão de óleo ou a vazão de vapor (proporcional à vazão de óle
elemento cuja razão com a vazão de ar deve ser proporcionada.
o
Pode-se usar ou o caudal deAinda
óleo como
ou o caudal
de vapor
(proporcional
caudal
de óleo
consumido)
3 elemento
(reajustador)
pode-seao
usar
a pressão
de vapor
da caldeira ne
como o elemento cuja razão com o caudal de ar deve ser proporcionado.
Ainda como 3º elemento (reajustador) pode-se usar a pressão de vapor da caldeira nesse sistema.
A tiragem dos gases pela chaminé é controlada, geralmente, pela pressão de tiragem atuando sobre
um abafador colocado na saída dos gases para chaminé. A figura mostra tal sistema de controlo.
A tiragem dos gases pela chaminé é
controlada, geralmente, pela pressão de
tiragem atuando sobre um abafador colocado
na saída dos gases para chaminé. A figura
ao lado mostra tal sistema de controle.
A variação da perda de carga no abafador faz com que haja tiragem pré-estabelecida.
Geralmente, quando se usa óleo combustível para a combustão em caldeiras e forn
pelos maçaricos sem que haja uma atomização do óleo com vapor.
Existem vários esquemas de controle, porém, mostraremos na figura abaixo, um dos m
Edição: 03/11 v01
127 de 186
Pode-se usar ou a vazão de óleo ou a vazão de vapor (proporcional à vazão de óleo consumida) como o
elemento
cuja razão com
a vazão de ar deve ser proporcionada.
Instrumentação
Industrial
Ainda como 3o elemento (reajustador) pode-se usar a pressão de vapor da caldeira nesse sistema.
A tiragem dos gases pela chaminé é
controlada, geralmente, pela pressão de
tiragem atuando sobre um abafador colocado
na saída dos gases para chaminé. A figura
ao lado mostra tal sistema de controle.
A variação da perda de carga no abafador faz com que haja tiragem pré-estabelecida.
A variação da perda de carga no abafador faz com que haja tiragem pré-estabelecida. Geralmente,
Geralmente, quando se usa óleo combustível para a combustão em caldeiras e fornos, ele não é injetado
pelos quando
maçaricos
haja
uma atomização
óleo com vapor.
sesem
usaque
óleo
combustível
para adocombustão
em caldeiras e fornos, ele não é injetado pelos
Existem vários esquemas de controle, porém, mostraremos na figura abaixo, um dos mais usuais.
maçaricos sem que haja uma atomização do óleo com vapor. Existem vários esquemas de controlo,
porém, mostraremos na figura abaixo, um dos mais usuais.
45
Instrumentaçã
A vazão do vapor, é controlada por uma relação ou razão de pressões entre o óleo e o vapor.
c) Controle de temperatura do vapor superaquecido
O caudal do vapor,
é controlado
porcaldeiras
uma relação
ou razão
deligeiramente
pressões entre
o óleodee controlar
o vapor. temperatura d
Cada
fabricante de
tem um
sistema
diferente
superaquecido, nós basicamente mostraremos 3 exemplos que representam os elementos ge
envolvidos.
O esquema da figura abaixo mostra que o controle da temperatura é feito em um
desuperaqueced
atuação de uma válvula de controle de injeção da água de resfriamento.
Edição: 03/11 v01
128 de 186
c)
Controlo de temperatura do vapor superaquecido
A vazão do vapor, é controlada por uma relação ou razão de pressões entre o óleo e o vapor.
Cada fabricante
de caldeiras tem um sistema ligeiramente diferente de controlar temperatura do
c) Controle
de temperatura
do vapor superaquecido
vapor superaquecido,
basicamente
mostraremos
3 exemplos que representam os elementos
Cada fabricante de caldeiras tem um sistema ligeiramente diferente de controlar temperatura do v
geralmente envolvidos.
superaquecido, nós basicamente mostraremos 3 exemplos que representam os elementos geralm
envolvidos.
O esquema da figura abaixo mostra que o controlo da temperatura é feito num “desuperaquecedor”
O esquema da figura abaixo mostra que o controle da temperatura é feito em um
desuperaquecedor
atuação de uma válvula de controle de injeção da água de resfriamento.
pela atuação de uma válvula de controlo de injeção da água de arrefecimento.
A figura abaixo mostra um controle de temperatura de vapor superaquecido, que usa
desuperaquecedor, localizado entre as secções primária e secundária do superaquecedor.
A figura abaixo mostra um controlo de temperatura de vapor superaquecido, que usa um
Os elementos de controlo são:
I)
A temperatura final do vapor;
II) Carga da caldeira;
III) Temperatura de saída do desuperaquecedor.
Os elementos de controle são:
I) A temperatura final do vapor;
A carga da caldeira
estabelece
aproximadamente
o caudal da água de injeção e efeito de variação
III) Temperatura
de saída
do desuperaquecedor.
A carga da caldeira estabelece aproximadamente a vazão da água de injeção e efeito de variação
das características da água de fornecimento e minimizado pela temperatura de saída do
características da água de suprimento e minimizado pela temperatura de saída do desuperaquecedor.
desuperaquecedor.
Edição: 03/11 v01
129 de 186
A figura abaixo mostra um controle de temperatura de vapor superaquecido, que us
Os elementos de controle são:
I) A temperatura final do vapor;
Outro sistema III)
do controlo
usa de
a “distribuição
de gás”.
Temperatura
saída do desuperaquecedor.
A carga da caldeira estabelece aproximadamente a vazão da água de injeção e efeito de variaçã
Os elementos características
de controlo são:
da água de suprimento e minimizado pela temperatura de saída do desuperaquecedor.
I)
Professor
Luísde
Francisco
Casteletti
Temperatura
final
controlo;
II)
Carga de caldeira.
O controlo de carga de caldeira serve para ajustar a distribuição de gás entre o superaquecedor e
economizador (aquecimento da água de alimentação) ou aquecedor do ar para combustão.
Citaremos mais uma variante desse sistema que é o controlo de caudal de água de alimentação
através do condensador do superaquecedor, usando o caudal de ar como índice.
A medição de água para o condensador serve como 2º elemento e a temperatura final do vapor faz
os reajustes desnecessários.
7.4. Controlo de equipamentos diversos
a)
Controlo de caudal de bombas e compressores
O controlo de caudal das bombas ou compressores do tipo de deslocamento direto é função direta
da velocidade dos mesmos, portanto, o sistema da figura abaixo, onde a válvula de controlo varia o
caudal de vapor para a turbina é uma possibilidade de controlo.
Se o acionador é um motor elétrico, o sistema pode ser controlado por uma válvula contornando
parte do fluído, retornando-o à sucção da bomba ou compressor.
Edição: 03/11 v01
130 de 186
s ou compressores do tipo
direta da velocidade dos
da figura abaixo, onde a
de vapor para a turbina é
o sistema
pode serdecontrolado
por uma
válvula contornando parte do
18. Controle
equipamentos
diversos
ba ou compressor.
a) Controle de vazão de bombas e compressores
O controle de vazão das bombas ou compressores do tipo
de deslocamento direto é função direta da velocidade dos
mesmos, portanto, o sistema da figura abaixo, onde a
válvula de controle varia a vazão de vapor para a turbina é
uma possibilidade de controle.
ntrífugos, a vazão varia em
mesmo para uma rotação
pode ser feito diretamente
descarga, como é visto na
Se o acionador é um motor elétrico, o sistema pode ser controlado por uma válvula contornando parte do
fluído, retornando-o à sucção da bomba ou compressor.
Para as bombas e compressores centrífugos, o caudal varia em função de sua pressão de descarga,
mesmo para uma rotação constante, logo o controlo de caudal pode ser feito diretamente numa
válvula colocada na linha de descarga, como é visto na figura abaixo.
Para as bombas e compressores centrífugos, a vazão varia em
47
função de sua pressão de descarga, mesmo para uma rotação
constante, logo o controle de vazão pode ser feito diretamente
em uma válvula colocada na linha de descarga, como é visto na
figura abaixo.
b) Controle de temperatura e na saída de fornos
Um sistema de controle para a temperatura de saída de um produto que passa por um forno, depende da
Professor Luís Franciscoconstância
Casteletti
do poder calorífico do combustível, da pressão constante de suprimento, etc.47
Um exemplo desse controle é mostrado na figura abaixo.
b)
Controlo de temperatura na saída de fornos
Um sistema de controlo para a temperatura de saída de um produto que passa por um forno,
depende da constância do poder calorífico do combustível, da pressão constante de fornecimento,
etc. Um exemplo desse controlo é mostrado na figura abaixo.
c) Controle de colunas de destilação
Esse controle abrange uma série de sistemas como sejam, controle de carga, controle do produto de topo,
controle das retiradas laterais, controle do produto de fundo, etc.
Cada um desses sistemas tem uma variável típica mais conveniente sob o ponto de vista do próprio
processamento e nos fluxogramas das Unidades podem ser vistos tais sistemas de controle.
Edição: 03/11 v01
19. Simbologia para malhas de controle
131 de 186
b) Controle de temperatura e na saída de fornos
Um sistema de controle para a temperatura de saída de um produto que passa por um forno, dep
constância do poder calorífico do combustível, da pressão constante de suprimento, etc.
Um exemplo desse controle é mostrado na figura abaixo.
c)
c) Controle de colunas de destilação
Esse controle abrange uma série de sistemas como sejam, controle de carga, controle do produto
controle das retiradas laterais, controle do produto de fundo, etc.
Controlo de colunas de destilação
Cada um desses sistemas tem uma variável típica mais conveniente sob o ponto de vista do
Esse controlo abrange
uma série
defluxogramas
sistemas como
sejam, controlo
de vistos
carga,tais
controlo
dode
produto
de
processamento
e nos
das Unidades
podem ser
sistemas
controle.
topo, controlo das retiradas laterais, controlo do produto de fundo, etc.
Cada um desses sistemas tem uma variável típica mais conveniente sob o ponto de vista do próprio
19. Simbologia para malhas de controle
processamento 19.1.
e nosIntrodução
fluxogramas das Unidades podem ser vistos tais sistemas de controlo.
A simbologia de instrumentação analógica e digital, compartilhada e integral, distribuída e centrali
baseia nas seguintes normas americanas (geralmente traduzidas para o português) :
1. ISA S5.1, Instrumentation Symbols and Identification, 1984
ISA S5.3,
Graphic
Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Com
7.5. Simbologia2.para
malhas
de controlo
Systems, 1983
19.2. Aplicações
Os símbolos de instrumentação são encontrados principalmente em:
.5.1. Introdução1. fluxogramas de processo e de engenharia,
2. desenhos de detalhamento de instrumentação instalação, diagramas de ligação, plantas de loca
A simbologia de
instrumentação
analógica
e digital,
compartilhada e integral, distribuída e
diagramas
lógicos de controle,
listagem
de instrumentos,
3. painéis
sinópticos
e semigráficos
na sala de(geralmente
controle,
centralizada baseia-se
nas
seguintes
normas americanas
traduzidas para o português) :
4. diagramas de telas de vídeo de estações de controle.
1. ISA S5.1, Instrumentation
Symbols and Identification, 1984
19.3. Roteiro da identificação
19.3.1. Geral
2. ISA S5.3, Graphic
Symbols ou
forfunção
Distributed
Control/Shared
Display
Instrumentation,
Logic and
Cada instrumento
a ser identificada
é designado
por um
conjunto alfanumérico
ou número
Computer Systems, 1983
7.5.2. Aplicações
Os símbolos de instrumentação são encontrados principalmente em:
1. fluxogramas de processo e de engenharia,
2. desenhos de detalhamento de instrumentação instalação, diagramas de ligação, plantas de
localização, diagramas lógicos de controlo, listagem de instrumentos,
Edição: 03/11 v01
132 de 186
3. painéis sinópticos e semigráficos na sala de controlo,
4. diagramas de telas de vídeo de estações de controlo.
7.5.3. Roteiro da identificação
7.5.3.1. Geral
Cada instrumento ou função a ser identificada é designado por um conjunto alfanumérico ou número
de tag.
A parte de identificação da malha correspondente ao número é comum a todos os instrumentos da
mesma malha. O tag pode ainda ter sufixo para completar a identificação.
7.5.3.2. Número de tag típico
TIC 103 - Identificação do instrumento ou tag do instrumento
T 103 - Identificação da malha (malha de temperatura, número 103)
TIC - Identificação funcional Controlador Indicador de temperatura
T - Primeira letra (variável da malha)
IC - Letras subsequentes (função do instrumento na malha)
O número da malha do instrumento pode incluir o código da informação da área . Por exemplo, o TIC
500- 103, TIC 500-104, aos dois controladores indicadores de temperatura, ambos da área 500 e os
números sequenciais são 103 e 104.
7.5.3.3. Identificação funcional
A identificação funcional do instrumento ou seu equivalente funcional consiste de letras da Tab. 1 e
inclui uma primeira letra, que é a variável do processo medida ou de inicialização. A primeira letra
pode ter um modificador opcional. Por exemplo, PT é o transmissor de pressão e PDT é o
transmissor de pressão diferencial.
A identificação funcional do instrumento é feita de acordo com a sua função e não da sua construção.
Assim, um transmissor de pressão diferencial para medir nível tem o tag LT (transmissor de nível) e
não o de PDT, transmissor de pressão diferencial.
Embora o transmissor seja construído e realmente meça pressão diferencial, o seu tag depende da
Edição: 03/11 v01
133 de 186
sua aplicação e por isso pode ser LT, quando mede nível ou FT, quando mede caudal. Outro
exemplo, um contacto atuado por pressão ligado à saída de um transmissor pneumático de nível tem
tag LS, contacto de nível e não PS, contacto de pressão. O tag também não depende da variável
manipulada, mas sempre da variável inicializada ou medida. Assim, uma válvula que manipula o
caudal de saída de um tanque para controlar nível, tem tag de LV ou LCV e não de FV ou FCV.
A segunda letra tipicamente é a função do instrumento. FT é o tag de um transmissor (T) de caudal
(F).
Também a segunda letra pode ter um ou mais modificadores.
FIA é o tag de um indicador de caudal, com alarme. Alarme é o modificador da função indicação.
Também pode se detalhar o tipo de alarme, p. ex., FIAL é o tag de um indicador de caudal com
alarme de baixa sonorização.
O tag pode ter modificador da variável (primeira letra) e da função (segunda letra). Por exemplo,
PDIAL é um indicador de pressão diferencial (modificador de pressão) com alarme (modificador do
indicador) de baixa sonorização (modificador do alarme).
Quando o tag possuir várias letras, pode-se dividi-lo em dois. O instrumento é simbolizado por dois
balões juntos e o tag pode ser, por exemplo, TIC-3 para o controlador indicador de temperatura e
TSH-3 para o contacto manual associado ao controlador.
Todas as letras de identificação de instrumentos são maiúsculas. Por isso, deve-se evitar usar FrC
para controlador de relação de vazões e usar FFC, controlador de fração de caudais.
As funções de computação (+. -, x, , _), seleção (<, >), lógica e conversão (i/p, p/i) deve ter os
símbolos ao lado do balão, para esclarecer a função executada.
7.5.3.4. Identificação da malha
A identificação da malha geralmente é feita por um número, colocado no final da identificação
funcional do instrumento associado a uma variável de processo. A numeração pode ser série ou
paralela.
Numeração paralela começa de 0 ou para cada variável, TIC-100, FIC-100, LIC-100 e AI-100.
Numeração série usa uma única sequência de números, de modo que se tem TIC-100, FIC-101, LIC102 e AI-103. A numeração pode começar de 1 ou qualquer outro número conveniente, como 101,
1001, 1201.
Edição: 03/11 v01
134 de 186
Quando a malha tem mais um instrumento com a mesma função, geralmente a função de
condicionamento, deve-se usar apêndice ou sufixo ao número. Por exemplo, se a mesma malha de
caudal tem um extrator de raiz quadrada e um transdutor corrente para pneumático, o primeiro pode
ser FY-101-A e o segundo FY-101-B. Quando se tem um registador multiponto, com n pontos, é
comum numerar as malhas como TE-18- 1, TE-18-2, TE-18-3 até TE-18-n.
Quando um registador tem agulhas dedicadas para caudal, pressão, temperatura, o seu tag pode ser
FR-2, PR-5 e TR-13. Se ele regista três temperaturas diferentes, o seu tag pode ser TR-7/8/9.
Acessórios de instrumentos, como medidores de purga, regulador de pressão, pote de selagem e
poço de temperatura, que às vezes nem é mostrado explicitamente no diagrama, precisam ser
identificados e ter um tag, de acordo com a sua função e deve ter o mesmo número da malha onde é
utilizado. Esta identificação não implica que o acessório deva ser representado no diagrama.
Também pode usar o mesmo tag da malha e colocando a palavra da sua função, como SELO,
POÇO, FLANGE, PURGA. Há acessórios que possuem letra correspondente, como W para poço
termal.
Pode haver diferenças de detalhes de identificação. Por exemplo, para a malha Símbolos e
Identificação 301 de controlo de temperatura, pode-se ter a seguinte identificação:
TE-301 sensor de temperatura
TT – 301 transmissor de temperatura
TIC-301 controlador de temperatura
TCV-301 válvula controladora (ou de controlo) de temperatura
Porém, há quem prefira e use:
TIC-301-E sensor de temperatura
TIC – 301-T transmissor de temperatura
TIC-301-C controlador de temperatura
TIC-301-V válvula controladora (ou de controlo) de temperature
Também é possível encontrar em diagramas o tag de TIC ou TC para o controlador de temperatura.
Como praticamente todo o controlador é também indicador, é comum simplificar e usar TC. Alguns
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projetistas usam pequenas diferenças de tag para distinguir válvulas auto-controladas (reguladoras)
de válvulas convencionais que recebem o sinal do controlador. Assim, a válvula auto-controlada de
temperatura tem tag de TCV e a válvula convencional de TV.
7.6. Simbologia de Instrumentos
A normalização dos símbolos e identificações dos instrumentos de medição e controlo do processo,
que inclui símbolos e códigos alfa numéricos, torna possível e mais eficiente a comunicação do
pessoal envolvido nas diferentes áreas de uma planta de manutenção, operação, projeto e processo.
Mesmo os não especialistas em instrumentação devem saber a identificação dos instrumentos.
7.6.1. Parâmetros do Símbolo
A simbologia correta da instrumentação deve conter os seguintes parâmetros:
1. identificação das linhas de interligação dos instrumentos, p. ex.., electrónica física , electrónica por
configuração, pneumática.
2. determinação do local de instalação dos instrumentos, acessível ou não acessível ao operador de
processo.
3. filosofia da instrumentação, quanto ao instrumento ser dedicado a cada malha ou compartilhado
por um conjunto de malhas de processo
4. identificação (tag) do instrumento, envolvendo a variável do processo, a função do instrumento e o
numero da malha do processo.
5. outras informações adicionais.
7.6.2. Alimentação dos instrumentos
A maioria absoluta dos instrumentos de medição e de controlo requer alguma fonte de alimentação,
que lhe forneça algum tipo de energia para o seu funcionamento.
Os tipos mais comuns de alimentação são a elétrica e a pneumática, porém há muitas outras
disponíveis.
As seguintes nomenclaturas são sugeridas para denotar os tipos de alimentação. Opcionalmente,
elas podem indicar também tipos de purga:
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AS Fornecimento de ar (Air supply),
ES Fornecimento elétrico (Electric supply),
GS Fornecimento de gás (Gas supply),
HS Fornecimento hidráulico,
NS Fornecimento de Nitrogénio
SS Fornecimento de Vapor (Steam supply)
WS Fornecimento de água (Water supply)
O nível de alimentação pode ser adicionado à linha de alimentação do instrumento. Por exemplo,
AS 100 kPa (alimentação pneumática de 100 kPa)
ES 24 V cc (alimentação de 24 V cc para instrumento elétrico).
7.7. Simbologia Eléctrica e Electrónica
Segue-se uma pequena exposição de alguns dos símbolos eléctricos e electrónicos mais comuns
nos esquemas do quotidiano.
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7.8. Exemplos dos símbolos usados
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LT
Sensor de Nível
LC
Controlador de Nível
TT
Sensor de Temperatura
TC
Controlador de Temperatura
FT
Sensor de Vazão
FC
Controlador de Vazão
PT
Sensor de Pressão
PC
Controlador de Pressão
AT
Sensor de Composição
AC
Controlador deComposição
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Notas para a Tabela das Letras de Identificação
1. Uma letra de escolha do utilizador tem o objetivo de cobrir significado não listado que é necessário
numa 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 numa 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 num 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 registador 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 utilizador. 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
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usar PR/TR para indicar um registador de pressão e temperatura em vez de UR. Porém, quando se
tem um registador 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 aplica-se a elementos primários e finais de proteção de emergência. Assim,
uma válvula auto-atuada que evita a operação de um sistema de fluido a 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 aplica-se a todas as válvulas de proteção contra condições de
alta pressão de emergência, independentemente da 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 aplica-se a instrumentos ou equipamentos que fornecem uma indicação não
calibrada, como um visor de vidro ou monitor de televisão. Costuma-se aplicar TG para termómetro e
PG para manómetro, o que não é previsto por esta norma.
10. A indicação normalmente aplica-se 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 tensão), pois a tensão é a variável medida
conveniente para indicar a operação do motor ou YL (lâmpada de evento) assumindo que o estado
de operação está a ser monitorizado. 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.
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Este designador não específico deve ser usado raramente.
13. Um dispositivo que liga, desliga ou transfere um ou mais circuitos pode ser um contacto, um relé,
um controlador liga-desliga ou uma válvula de controlo, dependendo da aplicação. Se o equipamento
manipula um caudal de fluido do processo e não é uma válvula manual de bloqueio liga-desliga, ela é
projetada como válvula de controlo. É incorreto usar o tag CV para qualquer coisa que não seja uma
válvula de controlo auto-atuada. Para todas as aplicações que não tenham caudal de fluido de
processo, o equipamento é projetado como:
a) Contacto, se for atuada manualmente.
b) Contacto ou controlador liga-desliga, se for automático e for o primeiro dispositivo na malha. O
termo contacto 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
controlo de operação normal.
c)
Relé, se for automático e não for o primeiro dispositivo na malha, mas atuado por um contacto
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
caudal; TY pode ser o conversor corrente para pneumático numa malha de controlo de temperatura.
Quando a função é evidente como para uma válvula solenóide ou um conversor de 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 outros 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
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17. O termo registador aplica-se 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 a ISA S37.1.
19. A primeira letra V, vibração ou análise mecânica, destina-se a executar as tarefas em
monitorização de máquinas que a letra A executa numa 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 destina-se ao uso quando as respostas de controlo ou monitorização 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 utilizador para designar uma estação de controlo,
enquanto a letra C seguinte é usada para descrever controlador automático ou manual.
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Representação detalhada de uma malha de controle de pressão (a) e a equivalente, simplificada (b).
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Instrumentação Indus
Símbolo de modo simplificado
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Diagrama funcional detalhado típico de uma malha de controle.
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Figura 1.2.5
Instrumentação para um sistema de distilação
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62
Figura 1.2.6
Instrumentação para um sistema de reação.
A figura mostra a descrição simbólica completa de um processo de destilação.
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63
O caudal de alimentação é medido (FE-3, FT-3) e registado (FR-3), mas não controlado. A taxa de
entrada de calor é proporcional à taxa de alimentação vezes um ganho de relé (FY-3B), que ajusta o
ponto de ajuste do controlador de caudal do óleo quente (FRC-1).
O produto da torre é condensado, com a temperatura do condensado controlada mantendo-se
constante a pressão da coluna (PRC-11). A saída do produto tem caudal controlado (FRC-4). O
ponto de ajuste do controlador é ajustado por um relé divisor (UY-6), cujas entradas são o caudal de
alimentação, como modificado pelo relé função (FY-3A) e a saída do controlador de análise dos
produtos leves (ARC-5).
O controlador recebe a análise do produto do seu transmissor, que também transmite o sinal para um
contacto de análise dupla (alta/baixa), que por sua vez, atua em alarmes correspondentes.
O nível do acumulador é mantido constante (LIC-7) através da manipulação do caudal de refluxo (LV7), que é uma válvula com falha aberta (FO). Um contacto de nível separado atua um alarme de nível
do acumulador em alto e baixo (LSH/L 9).
Há uma indicação de nível local através do visor (LG 10). São medidas temperaturas em vários
pontos do processo e os valores são registados (6 pontos – TJR 8-1 a 8-6) e indicados (3 pontos TJI 9-1 a 9-3).
Alguns dos pontos de registo possuem contactos de acionamento de temperatura baixa e alta (por
exemplo, TJSH 8-2, TAH 8-2 e TJSL 9-5 e TAL 8-5), com respectivos alarmes.
A figura ilustra o sistema de controlo para um reator químico. O reagente A é alimentado com caudal
controlado (FC-1). Os caudais de A e B são controlados com razão constante, através do relé de
ganho (FY- 1), ajustando o ponto de ajuste do controlador de caudal B (FIC-2). O nível do reator é
mantido constante (LIC-3) modulando a saída dos produtos pesados (LC-3). Se o nível é alto, ele
automaticamente fecha as válvulas de alimentação dos reagentes (FV-1 e FV-2) através de válvulas
solenóides (UY-7A e UY-7B) e atua um alarme de nível alto (LSH-3 e LAH-3). Um alarme separado é
atuado por nível baixo do reator (LSL-3 e LAL3). A reação é exotérmica e a temperatura é controlada
(T4) modulando a pressão do refrigerante na extremidade do reator. Isto é feito pelo controlador de
temperatura do reator ajustando o ponto de ajuste do controlador de pressão da extremidade (PRC5), que controla a pressão do vapor gerado pela transferência de calor para a água de refrigeração. A
temperatura do reator, se alta, atua um alarme. Se a temperatura fica muito alta, ela fecha as
válvulas de alimentação A (FV-1) e B (FV-2) e a de pressão (PV-5), enquanto abre a alimentação de
água e as válvulas de retorno através de válvulas piloto solenóides de intertravamento (UY-7A, B, C,
D). Estas válvulas de alta temperatura podem também ser atuadas por um contacto manual (HS-6).
Um nível constante do refrigerante é mantido na extremidade modulando a alimentação de água e o
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nível baixo atua um alarme (LSL-11 e LAL-11).
A pressão do reator é controlado modulando a ventilação dos não-condensáveis formados na reação
enquanto um disco de ruptura protege o reator contra altas pressões perigosas (PSE-10).
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CAPÍTULO 8 – VALVULAS DE CONTROLO
Introdução
O elemento final de controlo é um mecanismo que atua no processo comandado pelo sinal emitido
pelo instrumento controlador, com a finalidade de corrigir ou reduzir ao mínimo o desvio acusado no
valor da variável controlada.
Na maioria dos casos, esse elemento final de controlo é uma “válvula de diafragma” ou “válvula
automática de regulação”, geralmente conhecida por “válvula de controlo”.
Quer nos sistemas pneumáticos, quer nos sistemas electrónicos de controlo, a válvula de controlo
(pneumática) é usada. Isso deve-se ao fato de que ela pode controlar caudais com muita precisão,
de modo contínuo.
8.1. Descrição e princípio de funcionamento
Uma válvula de controlo, de um modo geral, é constituída de dois conjuntos:
a)
Parte motora ou atuador;
b)
Corpo.
Conforme a figura, o atuador consta de uma câmara metálica contendo um diafragma flexível, de
uma mola alcance ajustável, de uma haste de acionamento presa ao diafragma de um indicador de
posição de abertura da válvula.
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ca) é usada. Isso se deve ao fato de que ela pode controlar vazões com muita precisão, de modo
crição e princípio de funcionamento
ula de controle, de um modo geral, é constituída de dois conjuntos:
motora ou atuador;
.
a figura ao lado, o atuador consta de uma
etálica contendo um diafragma flexível, de
a alcance ajustável, de uma haste de
nto presa ao diafragma de um indicador de
e abertura da válvula.
a parte colocada na tubulação para variar o
controle.
nte possui uma ou duas restrições à
do produto, chamadas sedes ou assentos
.
dois obturadores (plugues e tampões)
numa das extremidades da haste operam
u sedes da válvula.
amento da válvula de controle é o seguinte:
e ar modulado enviado pelo controlador
o diafragma, vencendo a contra-pressão exercida pela mola, até atingir uma condição de
O corpo
é a parte
tubulação
para variar
o agente
álvula tem seu curso
variando
desdecolocada
a posiçãona
aberta
até a posição
fechada
quandode
o controlo.

plugtoca
xternamente, o indicador preso à haste indica a posição da válvula na escala presa ao atuador.
Internamente possui uma ou duas restrições à passagem do produto, chamadas sedes ou assentos
o das válvulas de controle
da válvula.
s de controle podem ter duas diferentes ações:
Um ou dois obturadores (plugs e tampões) colocados numa das extremidades da haste operam na
e;
ha.
s Francisco Casteletti
sede ou sedes da válvula.
O funcionamento da válvula de controlo é o seguinte: o sinal de 65
ar modulado enviado pelo
controlador pressiona o diafragma, vencendo a contra-pressão exercida pela mola, até atingir uma
condição de equilíbrio.
Assim, a válvula tem o seu curso variando desde a posição aberta até a posição fechada quando o
plug toca a sede. Externamente, o indicador preso à haste indica a posição da válvula na escala
presa ao atuador.
8.2. Ação das válvulas de controlo
As válvulas de controlo podem ter duas diferentes ações:
a)
Ar abre;
b)
Ar fecha.
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Uma das razões importantes dessas ações é o fator segurança quando a válvula está colocada num
determinado sistema processual.
Explicando:
Consideramos a falta de ar (por exemplo, falha no fornecimento) como uma condição possível e em
tal caso a posição tomada automaticamente pela válvula de controlo deverá ser escolhida de modo
que seja a mais segura para o processamento ou equipamento.
Essas ações dependem, em resumo, da disposição relativa entre sede, plug e atuação pneumática
por cima ou por baixo do diafragma.
Muitas válvulas podem ter a sua ação invertida apenas trocando-se de posição a sede e o plug.
Dessa necessidade das ações da válvula decorreu a existência das ações do instrumento
controlador, as quais são as seguintes:
a)
Ação direta;
b)
Ação inversa.
Define-se como sendo de “ação direta” um controlador cujo sinal de saída (correção) aumenta ou
diminui quando o sinal de entrada (variável medida), aumenta ou diminui, respectivamente.
Um controlador tem “ação inversa” quando o sinal de saída aumenta ou diminui quando a variável
medida diminui ou aumenta, respectivamente.
8.3. Tipos de válvulas de controlo
As válvulas de controlo têm várias classificações quanto ao tipo. Vejamos algumas.
I)
Válvulas de sede simples e de sede dupla
A de sede simples tem a vantagem de maior vedação à passagem do fluxo na posição fechada, em
pressões relativamente pequenas.
Como desvantagem apresenta a possibilidade de não fechar completamente quando o fluido do
processo tem altas pressões.
A válvula de dupla sede na qual a pressão do produto do processo, praticamente, atua em sentidos
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As válvulas de controle têm várias classificações quanto ao tipo. Vejamos algumas.
I)
Válvulas de sede simples e de sede dupla
A de sede simples tem a vantagem de maior vedação à passagem do fluxo na posição fechada
pressões relativamente pequenas.
Como desvantagem apresenta a possibilidade de não fechar completamente quando o fluido do pro
tem altas pressões.
opostos sobreAaválvula
haste, de
não
temsede
dificuldades
atingir
a posição
fechada. praticamente, atua em sentidos op
dupla
na qual apara
pressão
do produto
do processo,
sobre a haste, não tem dificuldades para atingir a posição fechada.
A desvantagem deste tipo aparece apenas em caso de diferença na sincronização de fechamento
desvantagem
deste tipo aparece apenas em caso de diferença na sincronização de fecham
(passagem porA uma
das sedes).
(passagem por uma das sedes).
As figuras abaixo
mostram esses tipos de válvulas de controlo.
As figuras abaixo mostram esses tipos de válvulas de controle.
Válvula de controle
Válvula de controle com 2 plugues
II)
Válvulas quanto às curvas características
Definimos a “curva característica” de uma válvula como sendo a relação entre o caudal que ela deixa
passar e a abertura da mesma.
A mais simples de todas é chamada tipo “abertura rápida” (on-off). Estas válvulas são adequadas
para sistemas de controlo de duas posições e sistemas de controlo de nível de um processo de
grande capacitância.
A válvula de característica “igual percentagem” é uma das mais usadas no controlo automático dos
processos.
O seu nome deriva do fato de que para iguais incrementos na abertura, a válvula deixa passar iguais
incrementos de caudal.
A justificativa da grande aplicação deste tipo de válvula deve-se ao fato de que o processo é
sensivelmente afetado por uma mesma variação de caudal em relação a caudal inicial, quer isto se
verifique com a válvula no início ou no fim do seu curso.
Esta válvula é adequada para:
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a)
Controlador proporcional com F.P., larga;
b)
Processos de pequena capacitância;
c)
Processos, onde a carga é muito variável;
d)
Controlo de caudal, de temperatura e de nível, em geral;
e)
Controlo de razão de caudais.
Como desvantagens apenas por ser de confecção cara e não ser adequada para fluidos sujos, pois o
acúmulo de resíduos altera sensivelmente a sua característica.
Válvula agulha
É usada para regular caudais pequenos ou de alta pressão.
Válvula de característica linear
Nestas válvulas o caudal praticamente varia proporcional com a abertura da mesma.
São adequadas para controladores proporcionais com ganho 1 indo até 4 (F.P.= 25%), ou para
processos com capacitância média onde as condições de operação não variam muito.
Válvulas “Saunders” e borboleta
Têm aplicações específicas, bem como as válvulas de 3 vias.
8.4. Posicionadores
Certos sistemas de controlo exigem das válvulas um comportamento mais crítico e daí o emprego de
posicionadores.
Posicionadores são dispositivos capazes de receber o sinal de saída do controlador e enviar para a
cabeça da válvula um sinal equivalente ou diferente, porém guardando alguma relação com o
mesmo.
O seu emprego justifica-se:
a) Para vencer o atrito na haste da válvula, por exemplo quando a gaxeta é apertada para evitar
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vazamento;
b)
Para diminuir o atraso de resposta do atuador de grande capacidade ou distante do
controlador;
c)
Para inverter a ação do controlador;
d)
Para alterar a faixa do sinal do controlador.
Os posicionadores em geral, consistem de um fole que recebeu o sinal do controlador, uma alavanca
que transmite a posição da haste ao fole e um sistema de relé piloto com conjunto bico-palheta.
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CAPÍTULO 9 – CONTROLADORES
9.1. Controladores Programáveis
Para atender à demanda da indústria, vários fabricantes desenvolveram no início dos anos 70 o
Controlador Lógico Programável (CLP) ou Programmable Logic Controller (PLC), em inglês. O CLP é
um computador adaptado para o ambiente industrial com uma linguagem de programação
simplificada. Os primeiros CLPs foram desenvolvidos inicialmente para a substituição dos sistemas
de controlo baseados em relés. Desde então, os CLPs desenvolveram e são os controladores mais
utilizados em sistemas de controlo em todos os tipos de plantas industriais, do controlo de máquinas
até ao controlo de uma linha completa de manufatura de grandes processos industriais.
Independentemente do fabricante e do tipo de CLP, a maioria dos CLPs possui três partes principais:
CPU, memória e a unidade de Entrada e Saída (E/S), todas ligando através de um barramento de
comunicação. A CPU coordena todas as tarefas do CLP e executa o programa de controlo
armazenado na memória. Os estados reais do processo são monitorizados e amostrados pela
unidade de E/S. Além das instruções lógicas, o CLP atual também possuí uma grande capacidade
aritmética. Portanto, muitos fabricantes estão a adotar o termo Controlador Programável (CP) ao
invés de CLP. A programação de CLPs é feita através de um computador externo, o qual é chamado
de estação de engenharia. O programa compilado é carregado na CPU e depois armazenado na
memória utilizando-se uma porta série ou uma rede local (LAN).
A maioria dos CLPs permitem a monitorização dos estados do processo no modo on-line utilizandose a estação de engenharia, enquanto o programa está a ser executado.
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memória. Os estados reais do processo são monitorados e amostrados pela unidade de E/S. Além das
instruções lógicas, o CLP atual também possuí uma grande capacidade aritimética. Portanto, muitos
fabricantes estão adotando o termo Controlador Programável (CP) ao invés de CLP. A programação de
CLPs é feita através de um computador externo, o qual é chamado de estação de engenharia. O programa
compilado é carregado na CPU e depois armazenado na memória utilizando-se uma porta serial ou uma
rede local (LAN).
A maioria dos CLPs permitem a monitoração dos estados do processo no modo on-line utilizando-se a
estação de engenharia, enquanto o programa está sendo executado.
21.2. Unidade de Entradas e Saídas
9.2.Uma
Unidade
de Entradas
e Saídas
característica
importante
do CO é que este é projetado para trabalhar no ambiente industrial. Muitos
controladores têm uma unidade de E/S modularizada, para conexão direta com sinais dos transdutores e
atuadores.
Uma
característica importante do CO é que este é projetado para trabalhar no ambiente industrial.
Muitos
controladores
têm de
uma
de E/S os
modularizada,
para conexão
direta
com
sinais dos
O propósito
da unidade
E/Sunidade
é de converter
sinais de processo
para baixos
níveis
utilizados
pelo
controlador,e atuadores.
além de filtrar os transientes elétricos provenientes dos equipamentos de processo.
transdutores
Anormalmente, isto é feiro através do uso de isoladores óticos, os quais utilizam foto-diodo e fottransistor
encapsulados em um acoplador ótico.
O propósito da unidade de E/S é de converter os sinais de processo para baixos níveis utilizados
pelo controlador, além de filtrar os transientes elétricos provenientes dos equipamentos de processo.
Anormalmente,
isto é feito através do uso de isoladores óticos, os quais utilizam foto-diodo 69
e
fototransistor encapsulados num acoplador ótico.
Uma vez que existem diferentes níveis de sinais num processo industrial, muitas unidades de E/S
permitem trocar diferentes módulos de E/S. Assim, uma unidade de E/S pode ser ajustada às
características dos níveis de sinais específicos da planta industrial. Os módulos de E/S mais
utilizados são os de entrada e saída digitais, com níveis de sinais que vão desde 24V e 48V em
corrente contínua, até 127V e 220V em corrente alternada.
Cada vez mais, os CPs possuem a funcionalidade de processamento aritmético. Tais sistemas
permitem o uso de E/S analógicos. Muitos transdutores representam a grandeza física através de um
sinal de 4 a 20mA, sendo utilizado 4mA como valor mínimo para permitir a detecção de cabo partido.
Atualmente a maioria dos CPs dispõem de módulos especiais para funcionalidades específicas.
Dentre os módulos disponíveis podemos citar os módulos de contagem rápida, controladores de
movimento, interfaces de comunicação, co-processadores, etc.
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127V e 220V em corrente alternada.
Cada vez mais, os CPs possuem a funcionalidade de processamento aritimético. Tais sistemas permitem o
uso de E/S analógicos. Muitos transdutores representam a grandeza física através de um sinal de 4 a
20mA, sendo utilizado 4mA como valor mínimo para permitir a detecção de cabo partido.
Atualmente
a maioria dos
CPs dispõem de módulos especiais para funcionalidades específicas. Dentre os
Instrumentação
Industrial
módulos disponíveis podemos citar os módulos de contagem rápida, controladores de movimento, interfaces
de comunicação, co-processadores, etc.
20.3. Ferramentas de Programação baseadas em Computadores
9.3. Ferramentas
de Programação
baseadas
em Computadores
Os primeiros
CPs eram programados
través de terminais
dedicados
para este propósito e para os sistemas
de um fabricante específico. Atualmente todos os CPs são programados através de computadores pessoais
Os primeiros
eramum
programados
através dedeterminais
dedicados
para completo
este propósito
de mercado
(PCs), que CPs
executam
software ou ferramenta
programação.
Um sistema
com o e para os
PC e o software de programação é chamado de estação de engenharia.
sistemas de um fabricante específico. Atualmente todos os CPs são programados através de
Muitos softwares
de programação
CPsmercado
contêm diversas
integradas,
quais simplificam
o
computadores
pessoaisdede
(PCs), aplicações
que executam
um assoftware
ou ferramenta
de
desenvolvimento de programas para o sistema de controle.
programação. Um sistema completo com o PC e o software de programação é chamado de estação
O editor é utilizado para definição das variáveis e para escrita de instruções do programa de controle.
de engenharia.
Muitos editores permitem a verificação de sintaxe e ajudam o programador a evitar erros. A edição de
programas é feita normalmente no modo off line, o que significa que a estação de engenharia está fora de
softwares
de com
programação
de CPs contêm diversas aplicações integradas, as quais
linha, ouMuitos
seja, sem
comunicação
o controlador.
simplificam o desenvolvimento de programas para o sistema de controlo.
O compilador traduz o programa de controle para o código de máquinas e faz o carregamento deste código
para execução no CP.
O editor é utilizado para definição das variáveis e para escrita de instruções do programa de controlo.
Muitos software
de programação
uma funcionalidade
muito útil,
a qual compila
e simula
a A edição
Muitos editores
permitempossuem
a verificação
de sintaxe e ajudam
o programador
a evitar
erros.
execução do programa de controle sem ser necessário o carregamento deste no controlador. Os estados
de das
programas
normalmente
no modo
que significa
que a estação
de engenharia está
simulados
entradasé efeita
saídas
são visualizados
no offline,
próprioosoftware
de programação.
A simulação
possibilita
o teste
do programa
de controle
através com
da alteração
dos sinais de entrada e visualização do
fora
de linha,
ou seja, sem
comunicação
o controlador.
processamento da lógica e atuação das saídas do programa.
O compilador traduz o programa de controlo para o código de máquinas e faz o carregamento deste
70
código para execução no CP.
Muitos software de programação possuem uma funcionalidade muito útil, a qual compila e simula a
execução do programa de controlo sem ser necessário o carregamento deste no controlador. Os
estados simulados das entradas e saídas são visualizados no próprio software de programação. A
simulação possibilita o teste do programa de controlo através da alteração dos sinais de entrada e
visualização do processamento da lógica e atuação das saídas do programa.
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Alguns softwares de programação podem ser utilizados no modo online, para monitorização dos
estados do processo no computador, enquanto o programa de controlo é executado pelo CP.
Com o crescente aumento do desempenho das estações de engenharia baseadas em PCs e dos
Alguns softwares de programação podem ser utilizados no modo on-line, para monitoração dos estados do
próprios
controladores,
muitosenquanto
fabricantes
oferecem
softwares
de programação
onde, além do
processo na
tela do computador,
o programa
de controle
é executado
pelo CP.
Diagrama Ladder e da Lista de Instruções, é também possível a programação utilizando-se os
Com o crescente aumento do desempenho das estações de engenharia baseadas em PCs e dos próprios
métodos
de Texto
Estruturado,
Gráfico Sequencial
Funções e onde,
Blocos
Funcionais.
controladores,
muitos
fabricantes oferecem
softwares dede
programação
além
do Diagrama Ladder e da
Lista de Instruções, é também possível a programação utilizando-se os métodos de Texto Estruturado,
Gráfico Seqüencial de Funções e Blocos Funcionais.
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CAPÍTULO 10 – ATMOSFERAS EXPLOSIVAS
São muitas as actividades industriais em que existem atmosferas explosivas devido à natureza
combustível das substâncias que processam ou armazenam. As instalações e equipamentos eléctricos e não eléctricos podem gerar possíveis focos de ignição, por chispas, arco eléctrico ou
temperaturas superficiais elevadas, que podem provocar a materialização do risco de incêndio ou
explosão existente neste tipo de actividades.
Felizmente, as explosões e os acidentes provocados por incêndios não são as causas mais
frequentes de acidentes no trabalho, embora tenham consequências profundas e dramáticas em
termos de perda de vidas humanas e de custos económicos.
É neste contexto que o Parlamento Europeu e o Conselho adoptaram a Directiva ATEX1999/92/CE2
(Transposta para o direito nacinal pelo Decreto-Lei n.o 236/2003 de 30 de Setembro), com a
finalidade de diminuir a incidência de explosões e incêndios no trabalho. Em todo o caso, qualquer
estudo sobre os custos reais dos acidentes, constam as implicações económicas, em que fica
demonstrado como a melhoria da gestão do risco (saúde e segurança) pode aumentar
consideravelmente o lucro das empresas. Este último constitui um argumento indiscutível, sobretudo
no que diz respeito a situações de eventual risco de explosão.
Assim sendo e, de modo a melhor gerir os riscos de explosão, é obrigatório o empregador classificar
as áreas onde se possam formar atmosferas explosivas em função da frequência e da duração das
mesmas, constituindo essa classificação um critério de selecção dos equipamentos e dos sistemas
que assegurnum nível de protecção adequado.
A aplicação desta directiva terá efeito de acordo com o seguinte calendário:
- Setembro de 2003 para todos os locais de trabalho onde se possam formar atmosferas explosivas,
cujo funcionamento se inicie após esta data
- Setembro de 2006 para todos os locais de trabalho onde se possam formar atmosferas explosivas,
que se encontrem em funcionamento antes de Setembro de 2003.
10.1. Classificação de áreas com ATmosferas EXplosivas
Podem ocorrer riscos de explosão em todas as empresas onde sejam utilizadas substâncias
inflamáveis. Entre estas contam-se diversas matérias-primas, produtos intermédios, produtos finais e
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resíduos do processo de trabalho quotidiano, como exemplificado na figura.
Em termos legais definiu-se atmosfera explosiva como uma mistura com o ar, em condições
atmosféricas, de subs- tâncias inflamáveis, sob a forma de gases, vapores, névoas ou poeiras, na
qual, após a ignição, a combustão se propague a toda a mistura não queimada.
As áreas com este tipo de atmosferas são classificadas, em zonas, em função da natureza das
substâncias tratadas, assim têm-se aquelas em que se manipulam gases, vapores ou névoas
inflamáveis e aquelas em que se manipulam poeiras combustíveis. São, ainda, classificadas em
função da frequência e da duração da presença de atmosferas explosivas. A envergadura das
medidas a tomar, resulta da classificação que a seguir se apresenta.
Exemplos de formação de atmosferas explosivas
Zona 0
Área onde existe permanentemente, durante longos períodos de tempo, ou frequentemente, uma
atmosfera explosiva constituída por uma mistura com o ar de substâncias inflamáveis, sob a forma
de gás, vapor ou névoa.
Zona 1
Área onde é provável, em condições normais de funcionamento, a formação ºCasional de uma
atmosfera explosiva constituída por uma mistura com o ar de substâncias inflamáveis, sob a forma
de gás, vapor ou névoa.
Zona 2
Área onde não é provável, em condições normais de funcionamento, a formação de uma atmosfera
explosiva constituída por uma mistura com o ar de substâncias inflamáveis, sob a forma de gás,
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vapor ou névoa, ou onde, caso se verifique, essa formação seja de curta duração.
Atmosfera explosiva gasosa
Zona 20
Área onde está presente no ar permanentemente, durante longos períodos, ou frequentemente, uma
atmosfera explosiva sob a forma de uma nuvem de poeira combustível.
Zona 21
Área onde é provável, em condições normais de funcionamento, a formação ºCasional no ar de uma
atmosfera explosiva sob a forma de uma nuvem de poeira combustível.
Zona 22
Área onde não é provável, em condições normais de funcionamento, a formação no ar de uma
atmosfera explosiva sob a forma de uma nuvem de poeira combustível ou onde, caso se verifique,
essa formação seja de curta duração.
Na classificação, em zonas, deve-se atender a que:
1. As camadas, os depósitos ou as concentrações de poeiras combustíveis devem ser consideradas
como qualquer outra fonte susceptível de produzir atmosferas explosivas.
2. Por condições normais de funcionamento entende-se a situação em que as instalações são
utilizadas de acordo com os parâmetros que presidiram à respectiva concepção.
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Atmosfera explosiva devido a poeiras
10.2. Avaliação dos riscos de explosão
A classificação de áreas com atmosferas explosivas é, principalmente, um processo de avaliação de
riscos. Nesta perspectiva, cabe ao empregador proceder à avaliação dos riscos de explosão e,
sempre que possível, tomar medidas no sentido de prevenir a formação de atmosferas explosivas.
Neste processo de avaliação deve sempre ter em conta, a probabilidade de ocorrência e a duração
da presença de atmosferas explosivas perigosas, a probabilidade da presença de fontes de ignição e
de estas se tornarem activas e causadoras de risco, as instalações, as substâncias utilizadas, os
processos e as suas eventuais interacções, bem como a dimensão das consequências previsíveis.
A avaliação deve ser realizada para cada processo de trabalho ou de produção, bem como para
cada estado de funcionamento de uma instalação, e sempre que essas condições se alterarem. Na
avaliação de instalações novas ou já existentes importa tomar em conta, em especial, os seguintes
estados de funcionamento:
- Condições de funcionamento normais, incluindo trabalhos de manutenção, arranque/paragem, mau
funcionamento e falhas previsíveis,
- Uma má utilização razoavelmente previsível. Os riscos de explosão devem ser avaliados
globalmente.
São elementos importantes:
- Os equipamentos de trabalho utilizados, as características de construção, as substâncias utilizadas,
as condições de trabalho e especificidades dos processos, as possíveis interacções entre estes
elementos, bem como as interacções com o ambiente de trabalho.
Na avaliação dos riscos de explosão devem igualmente ser tomados em conta os locais que estejam
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ou possam estar ligados às áreas perigosas através de aberturas.
No caso da atmosfera explosiva conter vários tipos de gases, vapores, névoas ou poeiras
inflamáveis, este factor deve ser devidamente considerado na avaliação dos riscos de explosão.
Valores para probalidade e frequência
Além disso, deve avaliar-se o risco de o equipamento de detecção ser afectado por uma das fases
(p. ex. "envenenamento" dos catalisadores por névoas).
Conforme se pôde ver anteriormente, os critérios que permitem a classificação de áreas estão
revestidos de uma subjectividade (frequente, ºCasional, etc.) que pode impedir/dificultar a análise
das situações. Assim sendo e, de modo a solucionar esta questão são definidos valores (tabela 1) de
frequência e probabilidade de ocorrência para zonas com atmosferas explosivas resultantes da
formação de uma mistura com o ar de substâncias inflamáveis, sob a forma de gás, vapor ou névoa.
10.2. Métodos
Para avaliar os processos de trabalho ou as instalações técnicas, no que respeita aos respectivos
riscos de explosão, devem utilizar-se métodos baseados numa abordagem sistemática da verificação
da segurança dessas instalações e processos. Deverão ser tomadas em conta as fontes de perigo
existentes susceptíveis de dar origem à formação de atmosferas explosivas perigosas, bem como a
possível presença simultânea de fontes de ignição efectivas.
Na prática, é geralmente suficiente determinar e avaliar sistematicamente o risco de explosão
mediante uma sequência de perguntas específicas. O procedimento, que a seguir se apresenta na
figura, é simples e baseado em parâmetros de avaliação característicos.
10.3. Manual de protecção contra explosões
10.3.1. Requisitos da Directiva 1999/92/CE
Dando cumprimento às obrigações que lhe incumbem nos termos do artigo 4.º da Directiva
1999/92/CE, o empregador deve assegurar que seja elaborado e mantido actualizado um documento
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sobre a protecção contra explosões. Esse documento deve, no mínimo, especificar:
-
Que os riscos de explosão foram determinados e avaliados;
-
Que serão tomadas medidas adequadas para atingir os objectivos da directiva;
-
As áreas que foram classificadas em zonas, as áreas a que se aplicam os requisitos mínimos
constantes do anexo II da Directiva;
-
Que os locais de trabalho e os equipamentos, incluindo os sistemas de alarme, são
concebidos, utilizados e mantidos de forma segura, que, nos termos da Directiva 89/655/CEE do
Conselho;
-
Foram tomadas medidas para que a utilização dos equipamentos de trabalho seja segura.
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Procedimento para avaliação de risco de explosão
Este documento é dinâmico, pelo que deve ser actualizado sempre que se justifique nomeadamente
sempre que se efectuem modificações, ampliações ou transformações importantes no local de
trabalho, nos equipamentos, ou na organização do trabalho.
10.3.2. Modelo de estrutura de um manual de protecção contra explosões
O manual de protecção contra explosões poderá ser estrururado de modo a incluír os seguinte o
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itens:
-
Descrição do local de trabalho e das áreas de trabalho
-
Descrição das etapas dos processos e/ou actividades
-
Descrição das substâncias utilizadas e dos parâmetros de segurança
-
Resultados da avaliação de riscos
-
Medidas de protecção contra explosões adoptadas
-
Medidas técnicas
-
Medidas organizacionais Implementação das medidas de protecção
-
Coordenação das medidas de protecção contra explosões
-
Anexo do documento relativo à protecção contra explosões
10.4. Conclusões
Numerosas são as actividades em que há risco de formação de atmosferas explosivas, como são os
casos da indústria química, produção de energia eléctrica, tratamento de águas residuais, empresas
de distribuição de gás, indústria de transformação de madeiras e cortiça, indústria farmacêutica,
refinarias, indústria alimentar (incluindo alimentação animal), etc.
Neste contexto e, para dar cumprimento a requisitos legais, o empregador é obrigado a classificar as
áreas com atmosferas explosivas, dentro dos prazos estipulados. No entanto, esta medida não é
suficiente, é necessário, que uma vez identificadas e classificadas áreas perigosas, sejam
implementadas medidas de prevenção. Essas medidas serão de carácter técnico (inertização,
supressores de explosão, descargas de explosão, construção resistente, etc.) e/ou de caracter
organizativo (formação do trabalhadores, instruções e autorizações de trabalho, manutenção,
sinalização das áreas, coordenação dos trabalhos de diferentes empresas, etc.) A evidência do
cumprimento dos requisitos legais, é a existência do manual de protecção contra explosões, nos
termos da legislação aplicável, devidamente actualizado. Mas, esta evidência terá de passar,
também, pela demonstração de boas práticas no desenrolar das diferentes actividades da empresa,
traduzidas pela inexistência ou existência reduzida de acidentes devidos a explosões.
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ANEXO – GENERALIDADES SOBRE ERROS
ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS E ARREDONDAMENTOS
Cada aparelho de medida possui a sua própria precisão ou sensibilidade. Define-se sensibilidade (ou
natureza) de um aparelho de medida como o menor valor da divisão da escala que se pode medir
exactamente com ele.
Esse valor é calculado por:
dA
n
Onde:
A - é o máximo valor que pode ser lido na escala
n - é o número total de divisões da escala
Régua
A sensibilidade (d) da régua da Figura é de 1 cm.
Os algarismos significativos são aqueles a que é possível atribuir um significado físico concreto. Não
faz sentido escrevermos uma medida feita com a régua da Figura, um valor 3,20 cm, já que o nosso
instrumento de medida só tem precisão até uma casa decimal, deveríamos então escrever tal medida
assim: 3,2 cm.
Neste caso o número de algarismos significativos são 2, o algarismo correcto ( 3 ), sobre o qual
temos certeza e o dois ( 2 ) que é o algarismo duvidoso.
Analisemos o seguinte exemplo:
O objecto medido na Figura a cinzento, poderia ser avaliado como tendo um comprimento de 3,2 cm,
ou seria 3,1 cm?
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Poderemos refutar o segundo algarismo, mas em relação ao primeiro nada poderemos inferir. O
número 3 é o algarismo correcto e o 2, na primeira avaliação é o algarismo duvidoso.
O número de algarismos significativos é o número de algarismos correctos mais o algarismo
duvidoso efectuado por estimativa, no caso do exemplo anterior temos 2 algarismos significativos.
Outros exemplos:
4,25 kg tem 3 algarismos significativos.
4,5326 s tem 5 algarismos significativos.
4,08 x 102 m tem 3 algarismos significativos.
OPERAÇÕES COM ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS
ADIÇÃO E SUBTRACÇÃO
O resultado do cálculo deve ser apresentado com o número de casas decimais correspondentes à da
parcela que tem menor número.
Exemplo 1: Considere as seguintes parcelas: 5,8; 8,42 e 20,06 e que desejamos encontrar a soma.
Como a primeira parcela é a que tem menor número de casas decimais, o resultado final
terá uma casa decimal.
5,8 + 8,42 + 20,06 = 34,28 = 34,3
REGRAS DE ARREDONDAMENTO

Só se pode suprimir um algarismo quando o número apresentar casas decimais.

Se o algarismo a suprimir é inferior a cinco, despreza-se esse número.

Se o algarismo a suprimir é maior do que cinco, adiciona-se uma unidade ao algarismo
anterior.

Se o algarismo a suprimir é igual a cinco:
- adiciona-se uma unidade ao algarismo anterior se este for ímpar.
- o algarismo anterior permanece inalterável se for par.
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Exemplo 2: Suponha as seguintes parcelas: 3,354 e 1,2 e que desejamos subtrair essas
parcelas. Como a segunda parcela é a que tem menor número de casas decimais, o
resultado final terá uma casa decimal.
3,354 + 1,2 = 2,15 = 2,2
MULTIPLICAÇÕES E DIVISÕES
O resultado do cálculo deve ser apresentado com o número de algarismos significativos do factor
que tem menor número de algarismos significativos.
Exemplo 1: Considere as seguintes parcelas: 1,8 e 0,02 e que desejamos encontrar o produto. Como
a primeira parcela é a que tem menor número de casas decimais, o resultado final terá
uma casa decimal.
1,8 . 0,02 = 0,036 = 0,04
1,8 - 2 algarismos significativos
0,02 - 1 algarismo significativo
Como 0,02 é o factor que tem menor número de algarismos significativos, o resultado final terá o
mesmo número de algarismos significativos que este.
Exemplo 2: Pretende-se determinar o volume de um bloco de madeira ( em cm3 )o qual apresenta as
seguintes medidas:
Volume = a . b . c
Determinação do volume do bloco de madeira
O volume deverá ter apenas 2 algarismos significativos, já que a largura é a medida menos precisa.
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Volume = 12,1 . 6,3 . 0,84 = 64 cm3
Deve-se observar que números que não são resultado de medidas podem ter precisão ilimitada, e
podem ser expressos em qualquer grau de precisão requerida pela natureza do problema.
Por exemplo, se uma área foi medida e se encontra 3,76m2, o dobro desta área seria 2 x 3,76m2 =
7,52m2
Neste caso 2 é uma quantidade exacta (não é resultado de uma medição), logo o resultado deverá
ter três algarismos significativos (o mesmo da área medida).
MÉTODOS DE MEDIDA
Medir o valor de uma grandeza consiste em comparar esse valor com um valor de referência – valor
padrão.
O aparelho de medida far-nos-á essa comparação com tanta ou menor precisão quanto maior ou
menor for a sua qualidade, respectivamente. Veremos no decurso da disciplina o conceito de classe
de precisão de um aparelho, o qual se refere com a qualidade do aparelho e, portanto, com o erro
por ele cometido durante a leitura.
Existe sempre um erro na medição de uma grandeza, o qual deve ser tido em conta aquando dos
ensaios efectuados.
ERROS NAS MEDIÇÕES
DEFINIÇÕES
Erro absoluto -  - É a diferença entre o valor real N e o valor obtido N’:
 = N – N’
Erro relativo -  - É o quociente entre o erro absoluto e o valor real:
 N
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De salientar que, normalmente, o erro absoluto não é conhecido, uma vez que se assim fosse saberse-ia imediatamente qual o valor real de N, o que não acontece. O que geralmente é conhecido é um
limite (superior ou inferior) deste valor denominado pela matemática por majorante e minorante,
respectivamente. O mesmo sucede com o erro relativo.
Para efeito de cálculos, trabalhamos com as grandezas  e  como se fossem os respectivos
majorantes e minorantes. Desta forma podemos inferir que o valor real N está situado entre dois
limites e não que ele apresenta um valor definido.
O erro absoluto é geralmente uma grandeza com pouco interesse nos cálculos que serão
efectuados. Com efeito, este erro quando isolado do contexto nada informa sobre a magnitude de N
ou N’.
Visto que o valor real N não é, normalmente, conhecido se não nos for indicado um valor mais
aproximado, substituímos pelo valor N’ no cálculo do erro relativo, sem perda de significado, assim:
   N   N'
Exemplo: Durante um ensaio medimos uma tensão U’=153,5 V. Admite-se, como majorante e
minorante respectivos do erro absoluto, os valores  2,3 V. Indicar os limites máximo e
mínimo, entre os quais se encontrará o valor real da tensão e determinar o erro da medição.
Umax = U’ + 2,3 = 153,5 + 2,3 = 155,8 V
Umin = U’ – 2,3 = 153,5 – 2,3 = 151,2 V
    U '   2,3153,5   0,015  1,5 %
O valor da real da tensão está situado no intervalo [155,8 V ; 151,2 V ], sendo o erro de 1,5
%.
Para determinar o erro relativo, utilizou-se o valor N’ ou neste caso concreto U’. Foi
considerado também o majorante e o minorante aproximadamente igual ao módulo do erro
absoluto.
Conforme se pode verificar o erro relativo tem um significador importante, uma vez que
indica que o erro na leitura é de cerca de  1,5 % relativamente ao valor real ou ao valor lido
.
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EXERCICIOS DE APLICAÇÃO – ERROS NAS MEDIÇÕES
1.
Um amperímetro possui uma margem de medição de 0 a 5 A. O erro do aparelho é de  1,5 %
da deflexão completa. O ponteiro do aparelho indica uma medição de corrente de 3,6 A. Entre
que valores podem oscilar a corrente medida?
PROPAGAÇÃO DO ERRO RELATIVO
Analisaremos agora a propagação do erro relativo quando se efectuam as 4 operações elementares:
soma, subtracção, multiplicação e divisão.
SOMA
Suponhamos que foram efectuadas as leituras de dois voltímetros, com os seguintes valores: U1 =
200 V  2,5%
e
U2 = 100 V  1%.Qual será o erro relativo resultante da soma destas duas
grandezas?
U1 = 200 V  2,5%
 ( 200  5 ) V
US1 = 205 V
Ui1 = 195 V
U2 = 100 V  1%  ( 100  1 ) V
US2 = 101 V
Ui2 = 99 V
Soma das leituras: UT = U1  U2 = 200  100 = 300 V
Limite superior: US = Us1  Us2 = 205  101 = 306 V
Limite inferior: Ui = Ui1  Ui2 = 195  99 = 294 V
Erro absoluto U : ( 300  306 =  6 V) V (300  294 = 6V)   6V
Erro relativo:
    U '   6 300   0,02  2 %
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Conclui-se que o erro relativo da soma se situa entre os erros relativos de cada uma das parcelas
(1%  2%  2,5%).
No exemplo apresentado o erro nunca ultrapassaria os 2%.
DIFERENÇA
Suponhamos que os valores obtidos foram, neste caso, os seguintes: U1 = 200 V  2,5% e
U2 =
150 V  1%. Calcule o erro relativo da diferença entre estas duas grandes grandezas.
Vamos considerar, no calculo dos limites superior e inferior, as situações mais desfavoráveis, que
correspondem aos limites mais elevados.
U1 = 200 V  2,5%
 ( 200  5 ) V
US1 = 205 V
Ui1 = 195 V
U2 = 100 V  1%  ( 150  1,5 ) V
US2 = 151,5 V
Ui2 = 148,5 V
Diferença das leituras: UT = U1 - U2 = 200 - 150= 50 V
Limite superior: US = Us1 - Us2 = 205  151,5 = 53,5 V
Limite inferior: Ui = Ui1 - Ui2 = 195  148,5 = 46,5 V
Erro absoluto U : ( 50 - 46,5 = 3,5 V )   3,5 V
Erro relativo:    
U'
  3,5
50
  0,07  7 %
Conclui-se que o erro relativo da diferença pode atingir valores bastantes elevados, desvirtuando
completamente os resultados dos cálculos. O caso presente,  =  7% ultrapassa largamente
qualquer dos erros parcelares. Por este motivo deve evitar-se a todo o custo, utilizar a operação
diferença, quando se trabalha com valores não exactos (caso de valores obtidos experimentalmente).
Supondo, por exemplo, que a diferença entre U1 e U2 era de cerca de 3,5 V então o erro relativo
obtido aproximava-se muito de 100%. Em conclusão deve-se, sempre que possível, evitar ensaios eu
nos obriguem a cálculos com diferença de valores. Vimos já que a soma de grandezas é preferível à
diferença; veremos de seguida que o produto e o quociente também o são.
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PRODUTO
Suponhamos que durante um ensaio foram efectuadas as leituras de um voltímetro e de um
amperímetro, com os valores seguintes:
U= 15 V  1%
 (150,15) V
Us = 15,15 V
Ui = 14,85 V
I = 3 A  2,5%  (3 0,075 ) A
Is = 3,075 A
Ii = 2,925 A
Produto das leituras: P = U . I = 15 . 3= 45 W
Limite superior: PS = US . IS = 15,15 . 3,075= 46,586 W
Limite inferior: Pi = Ui . Ii = 14,85 . 2,925= 43,436 W
Erro absoluto P : ( 45 - 43,436 = 1,564 V )   1,564 V
P'
  1,564
45
  0,035  3,5 %
Conclui-se que o erro do produto é igual à soma dos erros das parcelas. portanto, sabemos à partida
que quanto maior for a precisão de medida ( dada pela classe de precisão dos aparelhos ) de cada
uma das grandezas, tanto menor será o erro final cometido ao multiplicar duas leituras. Se, por
exemplo, pretendermos medir a potência P num circuito, podemos fazê-lo directamente com um
wattímetro ou indirectamente com um voltímetro e um amperímetro. Se medirmos uma potência de
45 W com um wattímetro de classe de precisão 2,5 a leitura obtida terá um erro relativo de 2,5%; se
obtivermos o valor da potência indirectamente com um voltímetro de 2,5% e com um amperímetro de
2,5%, ao multiplicarmos os dois valores teremos um erro total de 5% para o valor da potência assim
obtida. Por esse motivo, concluímos que é mais vantajoso a leitura directa pois so existirá um erro à
medição indirecta onde existe a “sobreposição” de dois ou mais erros. Além disso, a medição
indirecta ainda poderá vir afectada de erros ocasionais de cálculo.
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DIVISÃO
Suponhamos as medidas do ponto anterior. Calculemos agora o erro relativo da sua divisão.
U= 15 V  1%
 (150,15) V
Us = 15,15 V
Ui = 14,85 V
I = 3 A  2,5%  (3 0,075) A
Is = 3,075 A
Ii = 2,925 A
Divisão das leituras: R = U / I = 15 / 3 = 5 
Limite superior: RS = US / IS = 15,15 / 3,075 = 4,926 
Limite inferior: Pi = Ui / Ii = 14,85 . 2,925 = 5,076 
Erro absoluto R : ( 5 – 4,926 = 0,074 V )   0,074 V
R'
  0,074
5
  0,015  1,5 %
Um pouco à semelhança do ponto anterior (embora de operação inversa) o erro do quociente é igual
à diferença dos erros das parcelas.
Como referência final será importante realçar que:
 As conclusões tiradas para as operações elementares de grandezas tanto se aplicam aos
erros dos próprios aparelhos de medida como aos erros cometidos em cálculos de quaisquer
valores aproximados.
Na verdade, se nos forem indicados dois valores A=2,348637 e B=2,274321 e, por razões de
simplificação no cálculo, resolvermos truncá-los respectivamente para A`= 2,35 e B`= 2,27
estamos a cometer erros absolutos de aproximação, respectivamente:
A – A`= 2,348637 – 2,35 = - 0,001363
B – B`= 2,274321 – 2,27 = + 0,004321
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A que correspondem erros relativos de:
 A   0,001363 2,348637   0,058 %
 B   0,004321 2,274321   0,19 %
Ao realizarmos operações matemáticas com os dois valores truncados A` e B`, o erro relativo total
obtido resulta da aplicação das regras mencionadas anteriormente.
 Nas aproximações efectuadas, quanto maior for o número de operações realizadas maior
será o erro relativo final do cálculo. O uso de máquinas de calcular, utilizando vários
algarismos significativos nas suas operações, reduz evidentemente o erro final habitualmente
cometido em cálculos manuais.
 Nos cálculos laboratoriais em que os números têm geralmente casas decimais, o resultado de
cada operação não deve ter mais algarismos significativos do que o número com menos
algarismos significativos, uma vez que, esses algarismos a mais não têm significado.
EXERCICIOS DE APLICAÇÃO – PROPAGAÇÃO DO ERRO RELATIVO
1.
Uma resistência de carvão apresenta um valor de 1000  com uma tolerância de  5 %.
Determine o valor máximo e mínimo admissível para este componente.
Considere que esta resistência é inserida num circuito composto unicamente por uma fonte de
tensão ideal com o valor de 1 V. Determine o intervalo de valores possíveis para a corrente eléctrica
nesse circuito.
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