CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA PARA
CONTROLE DE PROCESSOS
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:- Pressão, Nível, Vazão,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
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Nelson Moreira Junior
1. Conceitos Básicos de Instrumentação Industrial
- Introdução
- Elementos de uma Malha de Controle
- Terminologia e Simbologia
2. Telemetria - Transmissão em Instrumentação
- Sinais Pneumáticos
- Sinais Analógicos
- Sinais Digitais
3. Variáveis de Processo
3.1 Pressão
- Conceitos de Pressão
- Unidades de Pressão
- Medidores de Pressão
- Sistemas de Selagem
- Medidores Especiais de Pressão
- Transmissores de Pressão
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1
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
3.2 Medição de Nível
- Introdução
- Medição de Nível Direta
- Medição de Nível Indireta
3.3 Medição de Vazão
- Introdução
- Métodos para Medição de Vazão
- Medição de Vazão por Elementos Deprimogênios, Área Variável,
Magnético e outros.
3.4 Medição de Temperatura
- Introdução
- Conceitos Básicos
- Escalas de Temperatura
- Medidores de Temperatura (termoresistências, termopares,etc)
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
4. Controle de Processos
- Introdução
- Controle em Malha Aberta
- Definições
- Atrasos de Tempo em Processos
- Modos de Controle
- Sintonia de Controladores
- Sistemas de Controle
5. Elementos Finais de Controle (EFC)
- Tipos de Elementos Finais de Controle
- Válvulas de Controle
- Acessórios de uma Válvula de Controle
- Conversores I/P
6. Técnicas de Segurança Operacional
- Limites Operacionais
- Sequência Operacional
- Outros Dispositivos
7. Segurança Intrínseca
- Introdução
- Comparação entre Técnicas de Proteção
- Fundamentos de Sistemas Intrinsicamente Seguros
- Aprovação e Certificação de Equipamentos
- Barreiras de Segurança Intrinseca
- Considerações Finais
3.5 Medição de Outras Variáveis
- Densidade e pH
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:- Pressão, Nível, Vazão,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
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INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve técnicas
para adaptação de instrumentos de medição, transmissão,
indicação, registro e controle de variáveis físicas em equipamentos
nos processos industriais..
O uso de intrumentos em processos industriais visa a obtenção de
um produto de melhor qualidade com menor custo e menor tempo.
A utilização de instrumentos nos permite:
- Incrementar e controlar a qualidade do produto;
- Aumentar a produção e o rendimento;
- Obter e fornecer dados seguros da matéria prima e quantidade
produzida além de ter em mãos dados relativos à economia dos
processos.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Definições
Planta
Uma planta é um conjunto de equipamentos que
funcionam conjuntamente objetivando um produto
final.
Processo
É uma operação que evolui progressivamente
caracterizada por uma série de mudanças graduais
que se sucedem. É caracterizado por uma série de
ações controladas ou movimentos sistematicamente
dirigidos objetivando um particular resultado.
“Qualquer operação a ser controlada é um processo”
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Sistemas
É uma combinação de componentes que atuam
conjuntamente e realizam um certo objetivo.
Distúrbios
Um distúrbio é um sinal que tende a afetar
adversamente o valor da saída de um sistema
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
FLUIDO AQUECIDO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MALHA DE CONTROLE
LIQUIDO ENTRANDO
FLUIDO A SER
AQUECIDO
VAPOR
CONDENSADO
9
SP
LIQUIDO
SAINDO
CONTROLADOR
VAPOR
SENSOR DE
TEMPERATURA
VALVULA
PROCESSO INDUSTRIAL
Variável Controlada:
Meio Controlado:
Variável Manipulada:
Agente de Controle:
MISTURADOR
Temperatura
Fluído
Vazão
Vapor
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SINAL DE TEMPERATURA PARA O CONTROLADOR
ABERTA:
FECHADA:
Sistema sem realimentação (ou Feedback )
Sistema com realimentação
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ELEMENTOS DE CONTROLE
ELEMENTO
PRIMARIO
E.F.C.
PROCESSO
TRANSMISSOR
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CAMPO
T
e
m
p
e
r.
Bulbo de Resistência
Termopar
Termômetro de vidro
Termômetro Bimetálico
Termômetro Óptico
P
r
e
s
s
ã
o
Manômetro tipo Fole
Monômetro tipo Bourdon
Manômetro tipo Coluna U
Diafragma
Fole
Pressão Diferencial
V
a
z
ã
o
Pressão Diferencial
Medidores Magnéticos
Medidores Ultrasônicos
Medidores Área Variável
Medidores Canais Abertos
CONTROLADOR
N
í
v
e
l
Tipo Flutuador
Tipo Diferencial
Tipo Capacitivo
Tipo Ultrasônico
INDICADOR
REGISTRADOR
ALARME
O
u
t
r
o
s
C A M P O
P A I N E L
CONVERSOR
Variável
de
Processo
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PAINEL
Indicador
Registrador
Conversor
Controlador
Set de Alarme
Multi-Loop
Single-Loop
SDCD
PLC
CAMPO
Elemento
Final
de
Controle
Analisador de pH
Analisador de Gás
Umidade
Balança
Densidade
Viscosidade
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Classificação dos instrumentos
Classificação por Função
Há vários métodos de classificação dos instrumentos
de medição.
• Função
• Sinal transmitido ou suprimento
• Tipo de sinal
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Conforme será visto posteriormente, os instrumentos
podem estar interligados entre si para realizar uma
determinada tarefa nos processos industriais. A
associação desses instrumentos chama-se malha e em
uma malha cada instrumento executa uma função.
Os instrumentos que podem compor uma malha são
então classificados por função cuja descrição sucinta
pode ser lida na tabela 01.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Cada instrumento executa uma função !!!!
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Classificação por Sinal de Transmissão ou Suprimento
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
A Instrumentação Pneumática
Os instrumentos podem ser agrupados conforme o tipo de
sinal transmitido ou o seu suprimento.
Tipo pneumático
Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja pressão é
alterada conforme o valor que se deseja representar. Nesse
caso a variação da pressão do gás é linearmente manipulada
numa faixa específica, padronizada internacionalmente, para
representar a variação de uma grandeza desde seu limite
inferior até seu limite superior. O padrão de transmissão ou
recepção de instrumentos pneumáticos mais utilizado é de
0,2 a 1,0 kgf/cm2 (aproximadamente 3 a 15psi no Sistema
Inglês).
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Instrumentação Pneumática
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Os Painéis Centralizados
A tecnologia pneumática usa um sinal de pressão de ar
( 3 ~ 15 psi) como elemento de comunicação entre seus
elementos.
Sensor
Controlador
Válvula
de
Controle
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Painéis de Controle Centralizados
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Zero Vivo
Característica dos sinais telemétricos cuja faixa
inicia-se num valor acima do zero de energia.
•
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Para visualização do processo, os
painéis assumem a forma de um
quadro sinótico.
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Faixas comuns de transmissão:
• 4 a 20 ma
• 1 a 5 Vcc
• 3 a 15 PSI
• 0.2 a 1.0 Kgf/cm2
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Sobre a telemetria pneumática:
A grande e única vantagem em seu utilizar os
instrumentos pneumáticos está no fato de se poder
operá-los com segurança em áreas onde existe risco
de explosão (centrais de gás, por exemplo).
Desvantagens
a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu
suprimento e funcionamento.
b) Necessita de uma unidade de condicionamento de ar para fornecer
aos instrumentos, um ar seco e sem partículas sólidas.
c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode
ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores. Normalmente
a transmissão é limitada a
aproximadamente 100 m.
d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos
instrumentos são difíceis
de serem detectados.
e) Não permite conexão direta aos computadores.
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tipo Hidráulico
Similar ao tipo pneumático e com desvantagens
equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da variação de
pressão exercida em óleos hidráulicos para transmissão
de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde
torque elevado é necessário ou quando o processo
envolve pressões elevadas.
Vantagens
a) Podem gerar grandes
forças e assim acionar
equipamentos de
grande peso e
dimensão.
b) Resposta rápida.
Desvantagens
a) Necessita de tubulações de óleo
para transmissão e suprimento.
b) Necessita de inspeção periódica
do nível de óleo bem como sua troca.
c) Necessita de equipamentos
auxiliares, tais como reservatório,
filtros, bombas, etc...
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tipo elétrico
Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos
de corrente ou tensão.
Face a tecnologia disponível no mercado em relação a
fabricação de instrumentos eletrônicos microprocessados,
hoje, é esse tipo de transmissão largamente usado em
todas as indústrias, onde praticamente não ocorre risco de
explosão.
Como padrão para transmissão a longas distâncias
são utilizados sinais em corrente contínua variando
de 4 a 20 mA e para distâncias até 15 metros
aproximadamente, também utilizam-se sinais em
tensão contínua de 1 a 5V.
Assim como na transmissão pneumática, o sinal é
linearmente modulado em uma faixa padronizada
representando o conjunto de valores entre o limite mínimo
e máximo de uma variável de um processo qualquer.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Vantagens
•Permite transmissão para longas distâncias sem
perdas.
•A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que
conduzem o sinal de transmissão.
•Necessita de poucos equipamentos auxiliares.
•Permite fácil conexão aos computadores.
•Fácil instalação.
Permite que o mesmo sinal (4~20mA)seja “lido” por
mais de um instrumento, ligando em série os
instrumentos. Porém, existe um limite quanto à soma
das resistências internas destes instrumentos, que não
deve ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do
transmissor.
•Permite de forma mais fácil realização de operações
matemáticas.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Desvantagens
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tipo Digital
•Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais em
instalações localizadas em áreas de riscos.
•Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento
de cabos ou fios de sinais.
•Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruídos
elétricos.
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Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a variável
medida são enviados para uma estação receptora, através
de sinais digitais modulados e padronizados. Para que a
comunicação entre o elemento transmissor receptor seja
realizada com êxito é utilizada uma “linguagem” padrão
chamado protocolo de comunicação
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Vantagens
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Desvantagens
•Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento.
•Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para
transmissão dos dados.
•Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta
a comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.
•Imune a ruídos externos.
•Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se
perder a informação e/ou controle de várias malha.
•Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em
qualquer ponto da malha.
•Menor custo final.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Via Rádio
Via Modem
Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais medidos
são enviados à sua estação receptora via ondas de
rádio em uma faixa de freqüência específica.
A transmissão dos sinais é feita através de utilização de
linhas telefônicas pela modulação do sinal em
freqüência, fase ou amplitude.
Vantagens
Vantagens
•Não necessita de cabeamento.
•Pode-se enviar sinais de medição e
controle de máquinas em movimento.
Desvantagens
Desvantagens
•Alto custo inicial.
•Necessidade de técnicos altamente
especializados.
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•Baixo custo de instalação.
•Pode-se transmitir dados a longas
distâncias.
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•Necessita de profissionais especializados.
•Baixa velocidade na transmissão de dados.
•sujeito a interferências externas, inclusive
Ver arquivo cd senai
violação de informações.
carreta – teoria histórico
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–
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAÇÃO
Símbolos Gerais p/ Instrumentos ou Função Programada
LOCALIZAÇÃO
Com objetivo de simplificar e globalizar o
entendimento dos documentos utilizados para
representar as configurações utilizadas para
representar as configurações das malhas de
instrumentação, normas foram criadas em diversos
países.
No Brasil, a Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT) através de sua norma NBR 8190
apresenta e sugere o uso de símbolos gráficos para
representação dos diversos instrumentos e suas
funções ocupadas nas malhas de instrumentação.
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TIPO
Locação Principal
normalmente
acessível
ao operador
Montado
no
Campo
Locação Auxiliar
normalmente
acessível
ao operador
Locação Auxiliar
normalmente
não acessível
ao operador
Instrumentos
Discretos
Instrumentos
Compartilhados
Computador
de
Processo
Controlador
Programável
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Símbolos de Linhas p/ Instrumentos ou F.Programada
SUPRIMENTO
OU
IMPULSO
SINAL NÃO
DEFINIDO
Símbolos e Funções de Processamento de Sinais
SÍMBOLO
SINAL
ELÉTRICO
SINAL
PNEUMÁTICO
TUBO
CAPILAR
SINAL
HIDRÁULICO
SINAL ELETROMAGNÉTICO OU SÔNICO
(TRANSMISSÃO NÃO
GUIADA)
SINAL ELETROMAGNÉTICO OU
SÔNICO (TRANSMISSÃO GUIADA)
LIGAÇÃO CONFIGURADA INTERNAMENTE AO SISTEMA (SOFTWARE)
LIGAÇÃO
MECÂNICA
SINAL
BINÁRIO
PNEUMÁTICO
SINAL
BINÁRIO
ELÉTRICO
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Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
OU
+
/m
_
OU
K
OU
P
,
OU
I
d/dt
OU
D
SÍMBOLO
FUNÇÃO
SOMA
×
MULTIPLICAÇÃO
MÉDIA
÷
DIVISÃO
FUNÇÃO
SUBTRAÇÃO
n
PROPORCIONAL
n
INTEGRAL
x
DERIVATIVO
f(a)
SELETOR de SINAL ALTO
EXTRAÇÃO DE RAIZ
QUADRADA
EXTRAÇÃO DE RAIZ
EXPONENCIAÇÃO
FUNÇÃO NÃO LINEAR
LIMITE SUPERIOR
SELETOR de SINAL BAIXO
LIMITE INFERIOR
±
POLARIZAÇÃO
LIMITADOR DE SINAL
f(t)
FUNÇÃO TEMPO
*
38
*
CONVERSÃO DE SINAL
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Transmissor de Pressão Fieldbus LD302
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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Medição direta digital de capacitância.
Rangeabilidade: 40:1, p/ todos os modelos.
Exatidão: 0.075 %, p/ todos os modelos.
Linha completa:
– D, M, L, A, H, S and T
– Selos Remotos
– P. Molhadas: 316SS, Hastelloy, Tantalum.
0-125 Pa a 0-40 MPa (0-1/2” a 0-5800 psi).
Capacidade de Diagnóstico.
Instanciação de Blocos Funcionais.
A Prova de Tempo, A Prova de Explosão.
Intrinsecamente Seguro.
Capacidade de Ser Mestre da Rede.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
LD292 Transmissor de Pressão Man. Fieldbus
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Acessórios para Transmissores de Pressão
Medição direta digital de capacitância.
Rangeabilidade: 40:1, p/ todos os modelos.
Exatidão: 0.01 %, p/ todos os modelos.
Complete line
– Selos Remoto
– P. Molhadas: 316SS, Hastelloy, Tantalum
0-125 Pa a 0-25 MPa (0 - 5” a 0 - 3600 psi).
Capacidade de Diagnóstico.
Instanciação de Blocos Funcionais.
A Prova de Tempo, A Prova de Explosão.
Intrinsecamente Seguro.
Capacidade de Ser Mestre da Rede.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TT302 Transmissor de Temperatura Fieldbus
• Precisão Básica: 0.02%.
• Dois Canais de Entrada.
• Entrada Universal:
– RTD, TC, ohm, mV
– Lead wire compensation
– Compensação de Junta Fria
– Isolação e Linearização
• Auto Diagnóstico
• Diagnóstico do Sensor
• Instanciação de Blocos Funcionais.
• A Prova de Tempo, A Prova de Explosão.
• Intrinsecamente Seguro.
• Capacidade de Ser Mestre da Rede.
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Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
DT302 Transmissor de Densidade Fieldbus
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Exatidão: ±0.1º Brix ou ±0.0004 g/cm².
Compensação de Temperatura.
Diagnóstico Remoto Contínuo.
Sem Partes Móveis.
Faixa: 0.5 a 5 g/cm².
Conexões: Padrões Industriais e Sanitários.
A Prova de Tempo, A Prova de Explosão.
Intrinsecamente Seguro
Facil Manutenção.
Não requer limpeza periódica.
Instanciação de Blocos Funcionais.
Capacidade de Ser Mestre da Rede.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TP302 Transmissor de Posição Fieldbus
• Sensor de Posição por Efeito Hall
(Sem Contato).
• Movimento Linear: 10 ~ 100 mm
• Movimento Rotativo: 30 ~ 120º
• Exatidão: 0.1 %.
• Auto Diagnóstico.
• Diagnóstico do Sensor
• Instanciação de Blocos Funcionais.
• A Prova de Tempo, A Prova de
Explosão.
• Intrinsecamente Seguro.
• Capacidade de Ser Mestre da Rede.
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
FY302 Posicionador de Válvulas Fieldbus
• Sensor de Posição por Efeito Hall
(Sem Contato).
• Versatil:
– Movimento: Linear / Rotativo
– Ação: Simples / Dupla
• Instanciação de Blocos Funcionais.
• Diagnósticos para Válvula e Atuador.
• A Prova de Tempo, A Prova de
Explosão.
• Intrinsecamente Seguro.
• Capacidade de Ser Mestre da Rede
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
FY402 Posicionador de Válvulas Fieldbus de
Simples Ação
• Sensor de Posição por Efeito Hall
(Sem Contato).
• Movimento: Linear e Rotativo.
• Simples Ação.
• Instanciação de Blocos Funcionais.
• Diagnósticos.
• A Prova de Tempo, A Prova de
Explosão.
• Intrinsecamente Seguro.
• Capacidade de Ser Mestre da
Rede
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Conversores Fieldbus
• IF302 - Três Entradas de Corrente
– 4-20 mA, 0-20 mA
• FI302 - Três Saídas de Corrente
– 4-20 mA
– Modos de Falha Segura ( Fail - Safe )
• FP302 - Conversor FF para Pressão
– 3 - 15 PSI
– Modos de Falha Segura ( Fail - Safe )
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Controladores
PORTA TAG
DISPLAY ALFANUMÉRICO DE
8 DÍGITOS PARA USO GERAL
SELETOR DO DISPLAY
SELETOR DA MALHA
MONITORAÇÃO GERAL
MONITORES DA MALHA
LOCAL/REMOTO
RECONHECIMENTO
DE ALARME
BARRAS GRÁFICAS
AUTO/MANUAL
SET-POINT
ATUAÇÃO MANUAL
VARIÁVEL DE PROCESSO
SAÍDA
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
53
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INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
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27
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Modulação Analógica e Digital
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TERMINOLOGIA
1 - Range (faixa medida)
2 - Span (alcance)
3 - Erro (estático e dinâmico)
4 - Precisão
5 - Zona Morta
6 - Sensibilidade
7 - Histeresis
8 - Repetibilidade
9 - Conformidade
10 - Reproducibilidade
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
REPETIBILIDADE
HISTERESIS
LEITURA OU SAIDA
LEITURA (l/min)
CARACTERISTICA
DESCENDENTE
REPETIBILIDADE =
± 1 l/min
± 0,1 % DO SPAN
1000
200 " C
753
120,2
MAXIMO ERRO DE
REPETIBILIDADE
DIFERENCA
MAXIMA
752
119,8
CARACTERISTICA
ASCENDENTE
ENTRADA ( " C)
0
120
200
0
59
ERRO DE REPETIBILIDADADE
VAZÃO REAL
(l//min)
0
750
(l/min)
0
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1000
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TELEMETRIA
TRANSMISSÃO EM INTRUMENTAÇÃO
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:- Pressão, Nível, Vazão,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
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2.1 - Sinais Pneumáticos
Sinais Típicos:: 3 a 15 PSI / 3 a 27 PSI / 0 a 30 PSI.
Países com Sistema Métrico : 0,2 a 1,0 kgf/cm².
Nas válvulas:: 0,6 a 1,4 kgf/cm² ou 0,8 a 2,4 kgf/cm².
Linhas de Transmissão : As linhas de transmissão pneumáticas são constituídas de tubo de cobre ou
vinil de 1/4" (diâmetro externo). Em casos especiais (atmosferas oxidantes), usam-se tubos de aço inox. A
distância prática para transmissão do campo para o painel é de aproximadamente 150m. Para distâncias
superiores, é recomendável intercalar relés pneumáticos (amplificadores) a cada 100m a fim de atenuar
os retardos de transmissão. Considera-se viável, a transmissão pneumática até a distância de 500m.
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Noções em Transmissão
de Dados
2.2 - Sinais Analógicos
Sinais Típicos: 4 a 20mA / 10 a 50 mA / 0 a 20 mA / 1 a 5 V / 0 a 5 V / 0 a 10 V.
A - Comunicação Paralela
Linhas de Transmissão: As linhas de transmissão para instrumentação eletrônica, são constituídas
geralmente de fios de cobre flexível com isolamento de até 600 Volts. Os sinais DC contínuos eliminam a
possibilidade de capturar perturbações eletromagnéticas podendo utilizar 2 fios blindados.
Zero Vivo: Utilizado quando adotamos o nível mínimo de 4 mA, oferece a vantagem de podermos
detectar uma avaria (rompimento de um dos fios), quer provocaria a queda do sinal abaixo de 0%. Note
também, que o nível mínimo do sinal pneumático não é zero e sim 3 PSI, deste modo, conseguimos calibrar
corretamente o instrumento, comprovando sua correta calibração como por exemplo no caso de um
transmissor pneumático de temperatura de range 0 a 150ºC onde o sensor estivesse com 0ºC e o sinal de
saída em 1 PSI, o mesmo visivelmente seria possível detectar sua descalibração. Se o nível mínimo fosse 0
PSI, não seria possível fazermos esta comprovação rapidamente.
B - Comunicação Serial
B1 - Transmissão Serial Assíncrona
B2 - Transmissão Serial Síncrona
B3 - EIA-RS232 C
B4 - EIA-RS422
B5 - EIA-RS485
C- Tipos de Modulação
FSK, ASK e PSD
D - Velocidade de Transmissão (Baud Rate)
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CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
COMUNICAÇÃO
Painel de Controle Convencional
4 - 20 mA Computador de
1-5V
Processo
F
O
N
T
E
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
HART
250
4 - 20mA
+
250 ohms
Vfonte = (A x N x 250) + 12
A = 0.004 (para TRM) ou
0.021 (para PID).
N = Número de TRMs ou
PIDs.
PROCESSO
Válvulas
65
PID - 2
TRM - 14 TRM - 15
HART - Highway Address Remote Transducer - Sistema que combina o
padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um sistema a dois fios
com taxa de comunicação de 1200 bit/s e modulação FSK (frequência).
O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a existência de
dois mestres na rede simultaneamente. O Hart não deve se tornar um
padrão devido à limitação de velocidade. Em média uma transação no
barramento ocorre a cada 375 ms.
4 - 20 mA
Transmissores
PID - 1
Nelson Moreira Junior
66
Nelson Moreira Junior
33
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
FIELDBUS
SDCD
ALIMENTAÇÃO
CARTÃO DE
CONTROLE
FUNÇÕES DE
CONTROLE
ÁREA DE
CONTROLE
CAMPO
CARTÃO DE
ENTRADA
4-20mA
4-20mA
VISUALIZAÇÃO
E OPERAÇÃO
CARTÃO DE
SAÍDA
4-20mA
SDCD
FT-123
FT-102
FCV-102
Fontes
Cartões de Controle
Cartões de Entrada
Cartões de Saída
Fusível
I/O
Terminador
Cartões
4-20 mA
67
Nelson Moreira Junior
68
Nelson Moreira Junior
34
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Comparação Entre os Sistemas
DDC
69
Nelson Moreira Junior
DCS
70
FCS
Nelson Moreira Junior
35
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Evolução dos Sistemas de Automação
MÁQUINA OU
PROCESSO INDUSTRIAL
Fieldbus é a próxima grande transição
tecnologica no campo da automação industrial
SENSORES,
CHAVES,
BOTOEIRAS,
ETC.
Tecnologia
Dominante
Pneumática
Analógica
Digital
Fieldbus
ATUADORES
CP
1940
1960
1980
2000
71
Tempo
Nelson Moreira Junior
72
Nelson Moreira Junior
36
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INÍCIO
contato aberto
CONDIÇÕES
DE INICIALIZAÇÃO
contato fechado
()
LEITURA DAS ENTRADAS
ATUALIZAÇÃO DAS MEMÓRIAS
IMAGENS DAS ENTRADAS
PROCESSAMENTO E
INSTRUÇÕES DE USUÁRIOS
ativar saída
()
()
Exemplo de
Diagrama de Relés
()
ACIONAMENTO DAS SAÍDAS
ATUALIZAÇÃO DAS MEMÓRIAS
IMAGENS DAS SAÍDAS
73
Nelson Moreira Junior
Funções Básicas do
Diagrama de Relés
74
Nelson Moreira Junior
37
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
3 - VARIÁVEIS DE PROCESSO
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:
Processo:- Pressão,
Pressão, Nível,
Nível, Vazão,
Vazão,
Temperatura,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
75
Nelson Moreira Junior
3.1 - Medição de Pressão
Definições:
força
área
[ kgf/cm²; lbf/pol²; N/m²]
Massa Específica(p)=
massa [ kg/m²; g/cm²]
volume
Peso Específico(
)=
peso [kgf/m³; gf/cm³]
volume
Pressão =
76
Nelson Moreira Junior
38
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TEOREMA DE STEVIN
h
δ
“A diferença de pressão entre
dois pontos de um fluido em
repouso é igual ao produto do
peso específico do fluido pela
diferença de cota entre os dois
pontos”.
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
PRINCÍPIO DE
PASCAL
A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em
forma estática, se transmite integralmente em todas as
direções e produz a mesma força em áreas iguais.
Devido serem os fluidos praticamente incompressíveis, a
força mecânica desenvolvida em um fluido sob pressão
pode ser transmitida.
P2 - P1 = .P = (h2 - h1) . δ
77
Nelson Moreira Junior
78
Nelson Moreira Junior
39
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
DEFINIÇÃO
BARÔMETRO DE
TORRICELLI
Pode ser definida como sendo a relação entre uma força
aplicada perpendicularmente (90º) à uma área (fig. 4) e é
expressa pela seguinte equação:
A pressão pode ser também expressa como a
somatória da pressão estática e pressão dinâmica e
assim chamada de pressão total.
As bombas funcionam em virtude do princípio segundo o qual a
pressão atmosférica exercida sobre a superfície da água é capaz
de equilibrar uma coluna de água de 10,33m de altura. Na bomba
aspirante a pressão atmosférica pode elevar a água a esta altura
desde o subsolo, mas, devido às imperfeições da bomba, na
prática a altura é de uns 8 metros.
79
Nelson Moreira Junior
80
Nelson Moreira Junior
40
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Pressão Estática
Pressão absoluta
É a pressão exercida em um ponto, em fluidos estáticos,
que é transmitida integralmente em todas as direções e
produz a mesma força em áreas iguais.
Pressão Dinâmica
É a pressão exercida por um fluido em movimento
paralelo à sua corrente. A pressão
dinâmica é representada pela seguinte equação:
Pd =
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
É a pressão positiva a partir do vácuo perfeito, ou seja, a
soma da pressão atmosférica do local e a pressão
manométrica. Geralmente coloca-se a letra A após a
unidade. Mas quando representamos pressão abaixo da
pressão atmosférica por pressão absoluta, esta é
denominada grau de vácuo ou pressão barométrica.
1 2
ρv
2
81
Nelson Moreira Junior
82
Nelson Moreira Junior
41
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Pressão manométrica
É a pressão medida em relação à pressão atmosférica
existente no local, podendo ser positiva ou negativa.
Geralmente se coloca a letra “G” após a unidade para
representá-la.
Quando se fala em uma pressão negativa, em relação a
pressão atmosférica chamamos pressão de vácuo.
83
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Pressão diferencial
É o resultado da diferença de duas pressões medidas.
Em outras palavras, é a pressão medida em qualquer
ponto, menos no ponto zero de referência da pressão
atmosférica.
Pressão total
É a pressão resultante da somatória das pressões
estáticas e dinâmicas exercidas por um fluido que se
encontra em movimento.
84
Nelson Moreira Junior
42
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ESCALAS DE PRESSÃO
ESCALA
h
m
m
H
g
A
B
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
UNIDADES DE PRESSÃO
- Pressão Relativa
( ou P. Efetiva ou Pressão)
- Pressão Absoluta
( ou Zero Absoluto ou Vácuo Perfeito)
# Sistemas CGS ( dina/cm² ) e MKS ( Newton/m² ) são
raramente utilizados nas indústrias.
# Sistema Métrico (kg*/cm² ).
# Países de L.Inglesa" PSI " ( pound/square in ).
P abs = P rel + P atm
pressão relativa
Conversão: 01 libra = 0,4516 kg e 01 polegada = 2,54 cm
portanto, 1 kg/cm² = 14,223 PSI.
pressão absoluta
ZERO RELATIVO
vácuo
ZERO ABSOLUTO
85
Nelson Moreira Junior
Unidades + utilizadas:
1 atm=760 mmhg(0°C)=762,4 mmhg(20°C)=10.332mmca=
10.351mmca(20°C)=10,332kgf/m²=1,033kgf/cm²=14,696PSI=
101,325 kpa(N/m²)=1,01325 bar=407,2 "H2O.
86
Nelson Moreira Junior
43
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Composição dos Medidores de Pressão
PSI
KPA
Polegadas
H2O
m m H 2O
Polegadas
Hg
m m Hg
Bars
m Bars
kg/cm ²
PSI
1
6,8947
27,705
703,07
2,036
51,7148
0,0689
68,947
0,0703
KPA
0,14504
1
4,01832
101,9716
0,2953
7,50062
0,01
10,0
0,0102
Polegadas
H2O
0,03609
0,24886
1
25,4
0,07307
1,8719
0,00249
2,491
0,00254
m m H2O
0,0014
0,0098
0.03937
1
0,00289
0,07307
0,00009
0,09806
0,00001
Polegadas
Hg
0,4912
3,3867
13,62
345,94
1
25,4
0,0339
33,864
0,0345
m m Hg
0,0193
0,1331
0,5362
13,62
0,03937
1
0,0013
1,3332
0,0014
Bars
14,504
100,0
401,5
10.215,0
29,53
750,06
1
1.000
1,0197
m Bars
0,0145
0,1
0,4022
10,215
0,0295
0,7501
0,001
1
0,001
kg/cm ²
14,223
97,9047
394,06
10.018,0
28,959
735,56
0,9807
980,7
1
g/cm ²
0,0142
0,0979
0,3941
10,018
0,02988
0,7356
0,00098
0,9807
0,001
TABELA 2: CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO.
87
Nelson Moreira Junior
Elemento de recepção:
Aquele que recebe a pressão a ser medida e a transforma em
deslocamento ou força (ex:bourdon, fole, diafragma).
Elemento de transferência:
Aquele que amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção
ou que transforma o mesmo em um sinal único de transmissão do tipo
elétrica ou pneumática, que é enviada ao elemento de indicação (ex:
links mecânicos, relé piloto, amplificadores operacionais).
Elemento de indicação:
Aquele que recebe o sinal do elemento de transferência e indica ou
registra a pressão medida (ex: ponteiros, displays) .
88
Nelson Moreira Junior
44
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
1. MEDIDORES POR COLUNA LÍQUIDA
Tipos de Manômetros
Tipos: Coluna em U; Coluna reta vertical e Coluna inclinada
P
0d
0d
0D
h
0D
P
P
*
4
5
6
7
h
x
H
8
9
3
10
2
1
11
12
* Medidores especiais
89
Nelson Moreira Junior
Vantagens e Desvantagens:
- medem pressões baixas, com boa precisão, custo baixo e
simples construção, de fácil manutenção.
- exigem tubos calibrados, nivelamento, líq.s não viscosos
e não permite vibrações.
90
Nelson Moreira Junior
45
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Manômetro tipo Coluna Reta
Vertical
Líquidos de enchimento
A princípio qualquer líquido com baixa viscosidade, e não
volátil nas condições de medição, pode ser utilizado como
líquido de enchimento. Entretanto, na prática, a água
destilada e o mercúrio são os líquidos mais utilizados
nesses manômetros.
Faixa de medição
Em função do peso específico do líquido de enchimento e
também da fragilidade do tubo de vidro que limita seu
tamanho, esse instrumento é utilizado somente para
medição de baixas pressões.
91
Nelson Moreira Junior
P1 − P2 = δ (h2 + h1 )
a
h2
A
a
P1 − P2 = δ .h2 (1 + )
A
P1 − P2 = δ .h2
A.h1 = a.h2 ∴ h1 =
92
Nelson Moreira Junior
46
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Manômetro tipo Coluna Inclinada
Este Manômetro é utilizado para medir baixas pressões
na ordem de 50 mmH2O.
A vantagem é a de expandir a escala de leitura o que é
muitas vezes conveniente para medições de pequenas
pressões com boa precisão (± 0,02 mmH2O).
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
2. MEDIDORES POR ELEMENTOS ELÁSTICOS
Este tipo de instrumento de medição de pressão
baseia-se na lei de Hooke sobre elasticidade dos
materiais.
“O módulo da força aplicada
em um corpo é proporcional
à deformação provocada”.
Tipos:
Manômetros de
Bourdon, de Fole e
de Diafragma
P
P
93
Nelson Moreira Junior
Manômetros de Bourdon P
94
Nelson Moreira Junior
47
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Essa deformação pode ser dividida em elástica
(determinada pelo limite de elasticidade), e plástica
ou permanente.
Os medidores de pressão tipo elástico são submetidos a
valores de pressão sempre abaixo do limite de
elasticidade, pois assim cessada a força a ele submetida
o medidor retorna a sua posição inicial sem perder suas
características.
95
Nelson Moreira Junior
96
Nelson Moreira Junior
48
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
97
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
98
Nelson Moreira Junior
49
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Material de Bourdon
De acordo com a faixa de pressão a ser medida e a
compatibilidade com o fluido é que determinamos o tipo
de material a ser utilizado na confecção de Bourdon. A
tabela a seguir indica os materiais mais utilizados na
confecção do tubo de Bourdon.
99
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Quanto a classe de precisão, essa classificação pode ser
obtida através das tabelas de Manômetro / vacuômetro e
Manômetro composto, a seguir.
100
Nelson Moreira Junior
50
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Faixa de operação recomendável
Com exceção dos manômetros utilizados como padrão, a
pressão normal medida deve estar próxima a 75% da
escala máxima quando essa variável for estática e
próxima a 60% da escala máxima para o caso de
medição de pressão variável.
101
Nelson Moreira Junior
102
Nelson Moreira Junior
51
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Manômetro de pressão diferencial
Este tipo construtivo é adequado para medir a diferença de
pressão entre dois pontos quaisquer do processo. É
composto de dois tubos de Bourdon dispostos em oposição
e interligados por articulações mecânicas.
103
Nelson Moreira Junior
104
Nelson Moreira Junior
52
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Manômetro duplo
São manômetros com dois Bourdons e mecanismos
independentes e utilizados para medir duas pressões
distintas, porém com mesma faixa de trabalho. A
vantagem deste tipo está no fato de se utilizar uma única
caixa e um único mostrador.
Manômetro de Fole
PRESSÃO
FOLE
ESCALA
Manômetro de Diafragma
PONTEIRO
MOLA
CONEXÃO
DE PRESSÃO
105
Nelson Moreira Junior
106
Nelson Moreira Junior
53
CEFET CAMPOS
Aplicação:
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
SISTEMAS DE SELAGEM
POTE DE
SELAGEM
a) O fluído do processo for corrosivo ao dispositivo de medição;
b) O fluído for um gás com possibilidade de condensação por diminuição de temperatura, quando for aplicado ao dispositivo
50
Selo Líquido com
Pote de Selagem
0
de medição, ex: vapor d’água;
100
SELAGEM
c) O fluído for um líquido com sólidos em suspensão;
d) O fluído for um líquido pastoso;
S IN A L D E
PR OC ESSO
PAR A O
M E D ID O R
e) O fluído tender a cristalizar-se com variações de temperatura ao ser aplicado ao dispositivo de medição, ex: óleo APF;
Densidade do
Líquido de Selo
d = 0 ,8
d = 0 ,8
d = 1 ,2
d = 1 ,2
f) O fluído não poder permanecer parado no dispositivo de
medição, ex: medicamentos, leite etc;
g) O fluído for periculoso.
PAR A O
M E D ID O R
107
Nelson Moreira Junior
108
S IN A L D E
PR OC ESSO
Nelson Moreira Junior
54
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
4
5 6
7
MANOMETROS
8
3
9
2
1
10
Selo Volumétrico
4
5 6
7
8
9
3
Amortecedores de pulsação
10
2
11
12
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
1
11
12
FOLE
PRESSAO
DIAFRAGMA
PROCESSO
DEPOSITO DE
OLEO
BOMBA DE
VACUO
Selagem de manômetro
petroquímico
VALVULA DE
BLOQUEIO
109
VALVULA DE
BLOQUEIO
MANOMETRO
Nelson Moreira Junior
110
Nelson Moreira Junior
55
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MANÔMETRO PADRÃO
Sifões
Os manômetros utilizados como padrão devem ter
precisão superior em relação aos manômetros que serão
calibrados.
De acordo com as normas de medição, obriga-se a
utilizar instrumentos padrões que foram aprovados em
inspeção.
Dois tipos de manômetros foram aprovados como
padrão: manômetro tipo coluna, e manômetro tipo peso
morto (peso estático).
Supressor de pressão
111
Nelson Moreira Junior
112
Nelson Moreira Junior
56
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
O manômetro tipo peso morto, também denominado de
manômetro de peso estático, é utilizado para calibrar
medidores de pressão tipo elástico, tais como tubo de
bourdon, etc., e como manômetro padrão de altas
pressões.
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIDORES ESPECIAIS DE PRESSÃO
a) Transdutor de Pressão Indutivo(LVDT)
P
ε L = −L
U1
bp
U 2a
U 2b
U2
bs 1
Φm =
di
dt
b
Φ m = ∫ B.dA
a
µ 0 IL  b 
ln 
2π
a
bs 2
s (p)
U2 = U2a - U2b = k.U1.s.P
113
Nelson Moreira Junior
114
onde:
U = tensão elétrica
s = curso da mola
k = grau de acoplamento
P = pressão aplicada
Nelson Moreira Junior
57
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
b) Transdutor de Pressão Capacitivo
ACO
DIAFRAGMA
ISOLADOR
VIDRO
CERAMICA
POROSA
DIAFRAGMA
SENSOR
PLACAS DO
CAPACITOR
C=K A
d
115
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Sensor Capacitivo (Célula Capacitiva)
É o sensor mais utilizado em transmissores de
pressão. Nele um diafragma de medição se move
entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos
e o móvel, existe um líquido de enchimento que
funciona como um dielétrico. Como um capacitor de
placas paralelas é constituídos por duas placas
paralelas separadas por um meio dielétrico, ao sofrer
o esforço de pressão, o diafragma móvel (que vem a
ser uma das placas do capacitor) tem sua distância
em relação ao diafragma modificada. Isso provoca
modificação na capacitância de um circuito de
medição, e então tem-se a medição de pressão.
116
Nelson Moreira Junior
58
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Sensor Piezoelétrico
c) Transdutor Piezoelétrico
P
P
DIAFRAGMA
CRISTAL
_
_
_
_
+
+
+
+
SAIDA
(a)
Efeito Piezoelétrico
(b)
CRISTAL
Transdutor
117
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Nelson Moreira Junior
A medição de pressão utilizando este tipo de sensor se
baseia no fato dos cristais assimétricos ao sofrerem uma
deformação elástica ao longo do seu eixo axial,
produzirem internamente um potencial elétrico causando
um fluxo de carga elétrica em um circuito externo.
A quantidade elétrica produzida é proporcional a pressão
aplicada, sendo então essa relação linear o que facilita
sua utilização. Outro fator importante para sua utilização
está no fato de se utilizar o efeito piezoelétrico de semicondutores, reduzindo assim o tamanho e peso do
transmissor, sem perda de precisão.
118
Nelson Moreira Junior
59
CEFET CAMPOS
d) Transdutor Piezoresistivo
(Extensômetro, Strain Gage)
(a)
QUADRO
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
(b)
MOLA DE
LÂMINA
ENROLAMENTO
FIO DE
LIGAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Circuitos de Medição / Sensores
RESISTENCIAS
DE CALIBRACAO
PLACA C/ FILME
EXTENSOMÉTRICO
R1
Ponte de
Wheatstone
R2
R3
R4
EQUILIBRIO:
R1.R4 = R2.R3
P
R 1 = EXTENSOMETRO
MOLA DE
LÂMINA
R 2 = COMPENSACAO DE TEMPERATURA
Camada Isolante e
Adesivo de Colagem
SUPORTE
Sensor
a semicondutor
PINO
SENSOR
Cristais de turmalina, cerâmica Policristalina
Sintética, quartzo e quartzo cultivado podem ser
utilizado na sua fabricação, porém o quartzo
cultivado é o mais empregado por apresentar
características ideais de elasticidade e linearidade.
119
eixo
neutro
estrutura sob
flexão
Nelson Moreira Junior
DIAFRAGMA
CONEXAO
SEMICONDUTOR
SINAL
120
Nelson Moreira Junior
60
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TRANSMISSORES DE PRESSÃO
Diagrama em blocos do TRM Pneumático
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ESTRUTURA DO TRM
PALHETA
BICO
SAIDA
RELE
BLOCO DE TRANSMISSAO
BARRA
DE
FORÇA
AMPLIFICADOR
(RELE)
DETECTOR
(BICO-PALHETA)
FOLE DE
REALIMENTAÇÃO
PIVO
G
REALIMENTACAO
SINAL DE
SAIDA
Equilíbrio de Forças
No método de equilíbrio de força o bico se
mantém fixo e somente a palheta se afasta
ou se aproxima do mesmo para ganhar
uma
contrapressão
proporcional
à
detectada, contrapressão essa que será
amplificada pelo relé piloto.
DIAFRAGMA
X
PALHETA
PRESSÃO
BLOCO DE
MEDICAO
Detector
MOVIMENTO
RESTRIÇÃO
BICO
variação de pressão x
distância bico-palheta
PROCESSO
121
Nelson Moreira Junior
122
Nelson Moreira Junior
61
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Transmissor Eletrônico (Equil.Forças)
MOLA DE
ENTRADA
PRESSAO DE
PROCESSO
Método de equilíbrio de movimento
No método de equilíbrio de movimento tanto o bico quanto
a palheta se movimentam para obter a contrapressão
correspondente à pressão detectada.
ALAVANCA DE
EQUILIBRIO
DE FORCAS
DETECTOR
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INDICA
DOR
AMPLIFICADOR
OSCILADOR
123
Nelson Moreira Junior
124
Nelson Moreira Junior
62
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TRANSMISSOR DE PRESSÃO CAPACITIVO
INSTRUMENTOS PARA ALARME E INTERTRAVAMENTO
Pressão de
Referência
O
S
C
I
L
A
D
O
R
Sinal
de
Saída
D
E
Pressão de
Processo
125
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
A
L
T
A
F
R
E
Q
U
Ê
C
I
A
Nelson Moreira Junior
A variável pressão quando aplicada em um processo
industrial qualquer, submete os equipamentos a ela
sujeito, a esforços de deformação que devem estar
sempre abaixo de limites de segurança para que não
ocorra ruptura e consequentemente acidentes.
A garantia da permanência dos valores de pressão
sempre abaixo dos limites de segurança deve ser feito
de forma automática através de instrumentos de
proteção.
126
Nelson Moreira Junior
63
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Pressostato
Tipos de Pressostatos
É um instrumento de medição de pressão utilizado como
componente do sistema de proteção de equipamento ou
processos industriais. Sua função básica é de proteger a
integridade de equipamentos contra sobrepressão ou
subpressão aplicada aos mesmos durante o seu
funcionamento.
Diferencial fixo ou ajustável - Quanto ao intervalo entre
atuação e desarme os pressostato podem ser fornecidos
com diferencial fixo e diferencial ajustável.
É constituído em geral por um sensor, um mecanismo
de ajuste de set-point e uma chave de duas posições
(aberto ou fechado).
O tipo ajustável permite ajuste de set-point e também
alteração do intervalo entre o ponto de atuação e desarme
do pressostato.
127
Nelson Moreira Junior
O tipo fixo só oferece um ponto de ajuste, o de set-point,
sendo o intervalo entre o ponto de atuação e desarme
fixo.
128
Nelson Moreira Junior
64
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tipos de caixa disponíveis
Contato SPDT e DPDT
Quanto ao tipo de contato disponível no microinterruptor
pode-se selecionar o do tipo SPDT que é composto
basicamente por um terminal comum, um contato normal
aberto (NA) e um contato normal fechado (NF), ou
selecionar o tipo DPDT que é composto de duplo contato,
ou seja, dois comuns, dois NA e dos NF sendo um reserva
do outro.
Pressostato com caixa à prova de tempo IP65. Podem ser
fornecidos também com um bloco de terminais interno para
conexões elétricas, evitando a instalação de um bloco de
terminais externo para a ligação dos cabos.
À prova de explosão - construídos dentro de rígidos padrões
de segurança, isolando os contatos e cabos de atmosferas
explosivas.
129
Nelson Moreira Junior
130
Nelson Moreira Junior
65
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Seleção da faixa ajustável
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTOS CONVERSORES DE SINAIS
Os conversores tem como função básica modificar a
natureza ou amplitude de um sinal para permitir a
interligação de instrumento que trabalham com sinais
diferentes.
Conversores eletro-pneumáticos e pneumáticos-elétricos
Esses conversores, também conhecidos como I/P e P/I, tem
como função interfacear a instrumentação pneumática com
a elétrica, bem como permitir a utilização de atuadores
pneumáticos na instrumentação eletrônica analógica ou
digital.
131
Nelson Moreira Junior
132
Nelson Moreira Junior
66
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Conversores eletro-pneumáticos (I/P)
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
3.2 - MEDIÇÃO DE NÍVEL
* Principais métodos de medição:
- Tipo régua ou gabarito,
- Tipo visor de nível,
- Tipo bóia ou flutuador,
- Tipo deslocador,
- Tipo pressão hidrostática,
- Tipo borbulhador,
- Tipo célula de carga(pesagem),
- Tipo radioativo,
- Tipo capacitivo.
133
Nelson Moreira Junior
134
Nelson Moreira Junior
67
CEFET CAMPOS
TIPO
DE
INSTRUMENTO
Visor de Nível
Bóia/Flutuador
Deslocador
Pressão Hidros.
Borbulhador
Cél. Carga
Ultra-Sônico
Radiação
Capacitivo
Condutividade
Pás Rotativas
Lâminas Vibrat.
Detecção Térm.
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CHAVE DE
NÍVEL
MEDIÇÃO DE NÍVEL
DIRETA
MEDIÇÃO CONTÍNUA
500
INDICAÇÃO
TRANSMISSÃO/
CONTROLE
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
R
E
R R
E
B
B R R R
R
R
R
B R
B
B B E R
B B R
R
R
E R B
B
R R
R
B
E
B
B
B
B
B
B
B B
B R
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
B R R
B R B R
B
R B
B
E E R
B E
B R R R
R
R
B
E B
R R
499
498
497
A) Régua ou Gabarito
496
R R
B
R R
R B R
B
R
R
R
R
B
B R
B R
2
1
B
E
R
B
R R
B) Visores de Nível(vidro)
Tipo Tubular
E - Excelente (sem restrições de uso)
1 - Líquidos limpos
2 - Líquidos com espuma B - Bom (com restrições de uso)
R - Regular (poucas aplicações)
3 - Interface
4 - Polpas
5 - Sólidos
135
Nelson Moreira Junior
Plano
(transparente)
136
Nelson Moreira Junior
68
CEFET CAMPOS
LIQUIDO
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INTERRUPTOR
DE MERCURIO
GAS
IMA
SUPERIOR
TUBO ENVOLVENTE NAO
MAGNETICO
Plano Reflex
INTERRUPTOR
RELE
TUBO ENVOLVENTE NAO
MAGNETICO
VIDRO
IMA PERMANENTE
VIDRO
PISTAO
MAGNETICO
CAMPO
MAGNETICO
INDICADOR
BOIA
Blindado
(Magnético)
PISTAO
MAGNETICO
MICRO
SWITCH
IMA
BOIA
BOIA
PALHETA MAGNÉTICA
DO INDICADOR DE
NÍVEL
IMA
INFERIOR
Chave de Nível
137
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138
Nelson Moreira Junior
69
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Medidor Contínuo - tipo Flutuador Magnético
A) Medição por deslocador (displacer) - Empuxo
BLOCO
DO BRACO
DE TORQUE
CABECA
CALIBRADORA
TUBO DE
TORQUE
BASTAO
DE TORQUE
FLANFE DO
TUBO DE
TORQUE
BRACO DE
TORQUE
IMAS
CABO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
BOIA
PONT DE
EQUILÍBRIO
LIMITADOR
BICO
IMA
TUBO GUIA
PALHETA
DESLOCADOR
139
Nelson Moreira Junior
Princípio de Archimedes
140
Nelson Moreira Junior
70
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ESTRUTURA DO TRM Tipo - Deslocador
Variação do Pap. no Medidor Contínuo
P ap.
ap. == W
W -- E
E
P
NIVEL
1
3 LB
2
3
1
2 LB
2
3
1
CONVERSOR
1 LB
2
ELEMENTO
DE
SUSTENTACAO
2,25 M
14" NIVEL
D`AGUA
14"
COMP
A
Nível de Água - 0
ACOPLAMENTO
0
7" NIVEL
D`AGUA
B
Água Deslocada
Peso = 1LB
141
C
Água Deslocada
Peso = 2LB
Nelson Moreira Junior
área seca
3
0
ELEMENTO
DE
VEDACAO
área úmida
0
DESLOCADOR ACOPLAMENTO
ELEMENTO
DE
SUSTENTACAO
* Classificação dos TRM ' s, conforme o elemento de
vedação e o tipo de acoplamento usado:
- Tubo de torque
- Mola balanceadora
- Dp Cell adaptado
- Disco Flexível
142
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71
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MONTAGEM DOS MEDIDORES DE NÍVEL
Tipo Deslocador
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Medição de nível de inferface de 2 líquidos
ÓLEO
ÁGUA
VAPOR
Controle de nível
em vaso de
distribuição de vapor
%/2
MEIO DO
RANGE
%/2
PARA A VÁLVULA
DE EXTRAÇÃO DE
CONDENSADO
TOMADA DE
EQUALIZAÇÃO
143
CONDENSADO
ÓLEO
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144
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72
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Medição de nível por deslocador s/ câmara
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
B) MEDIÇÃO TIPO PRESSÃO HIDROSTÁTICA
MANÔMETRO
(OUTPUT)
-Medição de nível por´
p
(tanque aberto)
TRANSMISSOR
dp/CELL
LÍQUIDO
SÓLIDOS EM
SUSPENSÃO
P1=(h.dr) + P topo
h
HI
P =Ptopo
2
LO
TANQUE ABERTO
SUPRIMENTO
DE AR
145
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146
´p=P1 - P2=h.dr
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73
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
B) MEDIÇÃO TIPO PRESSÃO HIDROSTÁTICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO COM ELEVAÇÃO
Tanque Fechado
VAPOR
TRANSMISSOR
dp/CELL
NÍVEL
MAX.
h
LÍQUIDO
HI
h
ÁLCOOL
LO
CÂMARA DE ALTA
PRESSÃO
TANQUE PRESSURIZADO
´p=P1 - P2 =[(h.dr) + Ptopo] - Ptopo
Suprimento
de ar
NÍVEL
MIN.
y
HI
LT
´p = h.dr
147
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148
Nelson Moreira Junior
74
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO POR BORBULHADOR
MEDIÇÃO COM SUPRESSÃO
PCV
LI
BORBULHADOR
PI
A
N2
PCV
B
FI
PI
N2
NÍVEL
MAX.
POTES DE
SELAGEM
PCV
C
LI
h
FI
PI
N2
PCV
D
W
FI
PI
VARIAÇÕES DE
CONTROLE DE
PURGA
N2
NÍVEL
MIN.
PCV
E
y
FI
PI
H2O
HI
LO
PI
LT
F
149
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150
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75
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO TIPO ULTRASSOM
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO POR RADIAÇÃO
FONTE DE
RADIAÇÃO
AMPLIFICADOR
INDICADOR
f > 20 kHz
h = H - (v.t)
2
onde:
h
SENSOR
GEIGER
H=dist. do emissor/receptor ao fundo do tanque
h=nível
v=veloc. do som no ar ou gás da parte superior do tanque
t=tempo medido
H - h=(v.t)/2 =parte vazia do tanque
151
Nelson Moreira Junior
Medidor de nível por Raios-Gama
152
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76
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE NÍVEL - CAPACITIVO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE VAZÃO
A
B
S
Ce
i
Ce
C1
V
C1
C2
C3
C2
Ka
R• 4
L
I
Kp
C3
S = SONDA
i = ISOLADOR
V = VASO
R• 4
Ce = C1 + C2 + C3
153
Nelson Moreira Junior
Na maioria das operações realizadas nos processos
industriais é muito importante efetuar a medição e o
controle da quantidade de fluxo de líquidos, gases e até
sólidos granulados, não só para fins contábeis, como
também para a verificação do rendimento do processo.
Assim, estão disponíveis no mercado diversas tecnologias
de medição de vazão cada uma tendo sua aplicação mais
adequada conforme as condições impostas pelo processo.
“Vazão pode ser definida como sendo a quantidade volumétrica, mássica ou
gravitacional de um fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou
canal por unidade de tempo.”
154
Nelson Moreira Junior
77
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Vazão Volumétrica
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Vazão Mássica
É definida como sendo a quantidade em volume que escoa
através de uma certa seção em um intervalo de tempo
considerado. É representado pela letra Q e expressa pela
seguinte equação:
Na medição de vazão volumétrica é
importante referenciar as condições
básicas de pressão e temperatura,
principalmente para gases e vapor
pois o volume de uma substância
depende da pressão e temperatura.
V
Q=
t
É definida como sendo a quantidade em massa de um
fluido que atravessa a seção de uma tubulação por
unidade de tempo. É representada pela letra Qm e
expressa pela seguinte equação:
m
Qm =
t
Relação Entre Unidades:
A relação entre as unidades de
medição de vazão volumétrica e
mássica pode ser obtida pela
seguinte expressão:
Qm = ρ . Qv
155
Nelson Moreira Junior
156
Nelson Moreira Junior
78
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Vazão Gravitacional
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CONCEITOS FÍSICOS BÁSICOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO
É a quantidade em peso que passa por uma certa
seção por unidade de tempo. É representada pela
letra Qρ e expressa pela seguinte equação:
W
Qρ =
t
Calor Específico
Define-se calor específico como o quociente da quantidade
infinitesimal de calor fornecido a uma unidade de massa duma
substância pela variação infinitesimal de temperatura resultante
deste aquecimento.
É necessário que se conheça a relação “k” do calor específico do gás
a ser medido, para podermos calcular o seu coeficiente de correção da
expansão térmica, e posteriormente dimensionar a placa de orifício.
Esta relação do calor específico K é a relação do calor específico de
um volume constante CV relativo ao calor específico da pressão
constante CP do gás.
K=
157
Nelson Moreira Junior
Cp
Cv
158
Nelson Moreira Junior
79
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Unidade absoluta ou dinâmica
Viscosidade
É definida como sendo a resistência ao escoamento de um fluido em
um duto qualquer.
Pa . S, Poise e centipoise
Esta resistência provocará uma perda de carga adicional que deverá ser
considerada na medição de vazão.
Viscosidade cinemática
É a relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica de
um fluido, tomados à mesma temperatura. É representada pela
letra ν (ni).
Viscosidade absoluta ou dinâmica
Define-se como sendo o atrito interno num fluido, que se opõe ao
movimento relativo de suas moléculas e ao movimento de corpos
sólidos que nele estejam. É representada pela letra grega µ (mi).
Unidade de Viscosidade Cinemática
As unidades de viscosidade cinemática mais utilizadas na
indústria são:
m2/s, stoke (cm2/s) e centistoke.
159
Nelson Moreira Junior
160
Nelson Moreira Junior
80
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Regime Laminar
Tipos de Escoamento
Regime Laminar
Se caracteriza por um escoamento em camadas planas ou
concêntricas, dependendo da forma do duto, sem passagens das
partículas do fluido de uma camada para outra e sem variação de
velocidade, para determinada vazão.
É caracterizado por um perfil de velocidade mais
acentuado, onde as diferenças de velocidades são maiores.
Regime Turbulento
Se caracteriza por uma mistura intensa do líquido e oscilações de
velocidade e pressão. O movimento das partículas é desordenado
e sem trajetória definida.
161
Nelson Moreira Junior
162
Nelson Moreira Junior
81
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE VAZÃO
Regime Turbulento
É caracterizado por um perfil de velocidade mais uniforme que o perfil
laminar. Suas diferenças de velocidade são menores.
1 - Medição por Pressão Diferencial (Elementos Deprimogênios)
Placa de Orifício, Tubo Venturi, Tubo Pitot, Bocal, etc.
2 - Medição por Área Variável
Rotâmetro
3 - Medição através de Velocidade
Turbina
4 - Medição através de Força
Placa de Impacto
5 - Medição por Tensão Induzida
Medidor Magnético
6 - Medição em Canais Abertos
Calha Parchall
Vertedores
163
Nelson Moreira Junior
164
Nelson Moreira Junior
82
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO POR ELEMENTOS DEPRIMOGÊNIOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Placa de Orifício
PSI
250
De todos os elementos primários
inseridos em uma tubulação para
gerar uma pressão diferencial e
assim efetuar medição de vazão, a
placa de orifício é a mais simples,
de menor custo e portanto a mais
empregada.
249
248
VAZÃO
MERCÚRIO
Relação entre velocidade
e diferença de pressão
DIFERENCIAL
DE PRESSÃO
165
Nelson Moreira Junior
O diâmetro do orifício é calculado de
modo que seja o mais preciso possível, e
suas dimensões sejam suficientes para
produzir à máxima vazão uma pressão
diferencial máxima adequada.
166
Nelson Moreira Junior
83
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Equação básica p/ Elementos Deprimogênios
2
Q=S1.E.C.
.
P1 - P 2.
2g . (1/
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
PLACAS DE ORIFÍCIO
* Tipos de orifícios:
1. Orifício concêntrico.
)
2. Orifício excêntrico.
3. Orifício segmental.
como: C = f (D.Rd.
)
Q = K.
p
P (%)
100
75
FE
(b)
(a)
(c)
50
FT
25
FI
Q (%)
0
0
50
70,7 86,6 100
167
Nelson Moreira Junior
Este tipo de placa de
orifício é utilizado para
líquido, gases e vapor
que não contenham
sólidos em suspensão.
Este tipo de orifício é utilizado
em fluido contendo sólidos em
suspensão, os quais possam
ser retidos e acumulados na
base da placa;
168
A placa de orifício segmental
é destinada para uso em
fluidos em regime laminar e
com alta porcentagem de
sólidos em suspensão.
Nelson Moreira Junior
84
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tomadas de Impulso em Placas de Orifício
Tomas de Flange
Vantagens da tomada de flange
As tomadas de flange são de longe as mais populares. Os flanges para
placas de orifício, já são feitos com os furos das tomadas, perfurados e
com rosca. Os flanges podem ser do tipo rosqueado ou soldado.
169
Nelson Moreira Junior
1. Podem ser facilmente inspecionadas, dada sua localização
próxima à face do flange.
2. Os flanges podem ser adquiridos prontos, dentro de normas com
grandes precisão.
3. As tomadas são simétricas, podendo ser utilizadas para fluxo nos
dois sentidos.
4. Esse tipo de tomada apresenta excelente precisão.
170
Nelson Moreira Junior
85
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tomadas de Vena Contracta
As tomadas de Vena Contracta permitem o uso de flanges comuns, pois são
normalmente acopladas diretamente na tubulação, podendo ser também
soldadas ao tubo.
Desvantagens da tomada de flange
1. Os flanges utilizados são especiais, portanto são caros.
2. Não se recomenda o uso desse tipo de tomada para casos em que a
relação entre o diâmetro do orifício e o diâmetro da tubulação é grande
e em tubulações menores que 2”, devido ao fato de que a tomada de
baixa pressão se situa numa região altamente instável da curva de
recuperação de pressão.
171
Nelson Moreira Junior
172
Nelson Moreira Junior
86
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Este tipo de tomadas são mais indicados para tubos de
diâmetros acima de 4 polegadas. O centro da tomada de
alta pressão deverá estar localizado entre ½ e 2D do
plano de entrada da placa.
O centro da tomada de baixa pressão estará colocado no
ponto em que a pressão é mínima “Vena Contracta”. Essa
distância depende da relação d/D.
173
Nelson Moreira Junior
174
Nelson Moreira Junior
87
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tomadas de Tubulações (Pipe Taps)
Para relações d/D menores que 0,72 a tomada de baixa
pressão poderá ser feita a uma distância D/2 após a placa
com um erro desprezível. Porém, quando tivermos
tubulações com diâmetros menores que 6” a tomada de
baixa pressão deverá ser feita no próprio flange o que
poderá ser um inconveniente.
As tomadas de tubulação (montante: 2,5 diâmetro do tubo distante da placa,
jusante; 8 diâmetros de distância), permitem a medição direta da perda de
carga permanente atual. O diferencial é menor que em outros tipos de tomada,
para a mesma vazão.
Não são necessários flanges especiais
Não podemos utilizar para fluxos bidirecionais.
175
Nelson Moreira Junior
176
Nelson Moreira Junior
88
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tomada de Canto (CORNER TAPS)
Tomada de Canto (CORNER TAPS)
As tomadas de canto são constituídas nas flanges de placa e
são usadas principalmente para tubos abaixo de 2 polegadas
de diâmetro. A placa de orifício situa-se numa reentrância dos
flanges. A tomada de pressão feita através de uma estreita
passagem concêntrica num anel piezométrico entalhado na
face do flange.
Suas vantagens são as mesmas das tomadas nos flanges,
porém são mais sujeitas a entupimentos que as tomadas de
flanges.
177
Nelson Moreira Junior
178
Nelson Moreira Junior
89
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
DENOMINAÇÃO
NA LITERATURA INGLESA
DENOMINAÇÃO
SUGERIDA EM
PORTUGUÊS
FLANGE
TAPS
TOMADA
EM FLANGES
DISTÂNCIA
DA TOMADA
À FACE
MONTANTE
K1
1"
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TUBO VENTURI
DISTÂNCIA
DA TOMADA À
JUSTANTE
K2
G RADIE N TE
HIDR ÁULIC O
1" (J)
1"
H1
RADIUS
TAPS
TOMADAS
ADE
1/2 D
1D
1/2 D
(M)
K 1
G RAD IE NTE
HIDRÁULICO
TUBOS
PIEZOMÉTRICOS
H3
SEÇÃO
PRINCIPAL
K 2
H2
VENA
CONTRACTA
TAPS
TOMADAS
EM VENA
CONTRACTA
1/2 D A
2D
VER
TABELA
III.1b
CORNER
TAPS
TOMADAS
EM
CANTO
JUNTO
JUNTO
K 1
GARGANTA
M
TUBO VENTURI
DIREÇÃO
DA VAZÃO
PIPE
TAPS
TOMADAS
A 2½ D
E8D
2½D
8D
(M)
TUBO
PIEZOMÉTRICOS
1"
K 1
CONEXÃO NA
GARGANTA
K 2
2.4 - 16
179
Nelson Moreira Junior
180
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90
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Desvantagens
O tubo VENTURI apresenta algumas vantagens em
relação a outros medidores de perda de carga variável
como:
-boa precisão ( 0,75%);
-resistência a abrasão e ao acúmulo de poeira ou sedimentos;
-capacidade de medição de grandes escoamentos de líquidos
em grandes tubulações;
-Permite medição de vazão 60% superiores à placa de orifício
nas mesmas condições de serviço, porém com perda de
carga de no máximo 20% do .P.
181
Nelson Moreira Junior
−custo elevado (20 vezes mais caros que uma placa de
orifício);
−dimensões grandes e incômodas;
−dificuldade de troca uma vez instalado.
182
Nelson Moreira Junior
91
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
BOCAL
H
Medição de Vazão através do Tubo de Pitot
É um dispositivo utilizado para medição de vazão através
da velocidade detectada em um
determinado ponto de tubulação.
A
0,6041d
0,6041d
184
183
Nelson Moreira Junior
92
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
O tubo de Pitot mede apenas a velocidade do ponto de
impacto e não a velocidade média
do fluxo. Assim sendo, a indicação da vazão não será
correta se o tubo de impacto não for
colocado no ponto onde se encontra a velocidade média
do fluxo.
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Em termos práticos, para se determinar a velocidade média
do fluido no interior de um duto, utiliza-se a tomada de
impacto do tubo de pitot entre 0,25 x D e 0,29D em relação
a parede do tudo, pois nesta posição a velocidade do fluido
se iguala à velocidade média do fluido.
Pesquisadores, concluíram que
o valor da velocidade média
seria 0,8 da velocidade máxima
do duto.
185
Nelson Moreira Junior
186
Nelson Moreira Junior
93
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CANAIS ABERTOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ROTÂMETRO
C O N E X Ã O D E S A ÍD A
Vertedor
Retangular
h
L IM IT E D E M Á X I M A V A ZÃ O
S U P O R T E D O T U B O D E V ID R O
T U B O C Ô N IC O
P O N T O D E L E IT U R A
D
Calha
Parshall
W
A
C
R
L IM IT E D E M Í N I M A V A Z Ã O
Ha
E
N
187
Hb
C O N E XÃ O DE E N T RA D A
K
Nelson Moreira Junior
188
Nelson Moreira Junior
94
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIDOR MAGNÉTICO DE VAZÃO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Medidores a efeito DOPPLER
A freqüência de uma onda sofre alterações quando existe movimento
relativo entre a fonte emissora e um receptor. A variação da freqüência em
função da velocidade é chamada de efeito DOPPLER.
“Quando um condutor se move
dentro de um campo magnético,
é produzida uma força
eletromotriz (f.e.m.) proporcional
a sua velocidade.”
N
Quando uma partícula refletora se movimenta em relação a um receptor
igualmente estacionário,a variação da freqüência é proporcional a
velocidade relativa entre emissor e o receptor, ou seja, entre a partícula
refletora e o receptor
E
D
E = B .l . v
O
189
Nelson Moreira Junior
190
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95
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Medidores tipo VORTEX
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Medidor tipo Coriolis
O efeito vortex pode ser observado no vibrar de fios ou cordas ao vento,
ou ainda em uma bandeira que tremula. Os vortex gerados repetem-se
num tempo inversamente proporcional à vazão.
Nas aplicações industriais pode-se
medir a vazão de gases , líquidos
incorporando ao obstáculo reto
sensores que percebam as ondas
dos vortex e gerem um sinal em
freqüência proporcional à vazão.
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Nelson Moreira Junior
192
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96
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE VAZÃO DE SÓLIDOS
MEDIDOR TIPO TURBINA
ALIMENTADOR
Saída do Sinal
CÉLULA
DE CARGA
CORREIA
TRANSPORTADORA
M
ST
Rotor Saída do Rotor
WY
WT
Condicionador de fluxo
WIC
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194
Nelson Moreira Junior
97
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ESCALAS DE TEMPERATURA
ESCALAS RELATIVAS
ESCALAS ABSOLUTAS
Definições
PIROMETRIA: medição de altas temperaturas, na faixa onde os
efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.
PONTO DE
EBULIÇÃO
DA ÁGUA
671,67
180
DIVISÕES
CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas
próximas do zero absoluto.
TERMOMETRIA: termo mais abrangente que incluiria tanto a
Pirometria como a Criometria.
R
PONTO DE
FUSÃO DO
GELO
K
373,15
°C
°F
100
212
100
DIVISÕES
491,67
-273,15
0
0
0
32
Conceitos Básicos
TEMPERATURA: grau de agitação térmica das moléculas.
ENERGIA TÉRMICA: é a somatória das energias cinéticas dos
seus átomos.
Conversão de
Escalas:
CALOR: é a energia em trânsito.
195
ZERO
ABSOLUTO
Nelson Moreira Junior
°C = °F - 32
9
5
R = 459,67 + °F
196
-273,15
-459,67
K = 273,15 + °C
K = R. 5
9
Nelson Moreira Junior
98
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Pontos Fixos de Temperatura
(Escala Prática Internacional de Temperatura)
Lin
eF
o
usã
PRESSÃO
d
ha
FASE
LÍQUIDO
Li
FASE
SÓLIDO
e
ad
nh maç
Li
i
bl
Su
ão
a
nh
de
p
Va
iz
or
ão
aç
PONTO
CRÍTICO
FASE
VAPOR
PONTO
TRIPLO
TEMPERATURA
* ITS - 90
* Normas e Padronização (ISA, DIN, JIS, BS, UNI...)
* IEC, ABNT.
197
Nelson Moreira Junior
198
Nelson Moreira Junior
99
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIDORES DE TEMPERATURA
1. Instrumentos de transferência de calor por condução
* Termômetro à dilatação de líquido,
* Termômetro à dilatação de gás,
* Termômetro à tensão de vapor saturante,
* Termômetro à dilatação de sólido,
* Termômetro à resistência elétrica,
* Termômetro à par termo-elétrico.
2. Instrumentos de transferência de calor por radiação
* Pirômetros à radiação e
* Pirômetros ópticos.
OBS: o uso dependerá da faixa de medição, tempo de resposta,
precisão, etc.
199
Nelson Moreira Junior
200
Nelson Moreira Junior
100
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TERMÔMETRO DE VIDRO
" C
100
90
80
* Precisão:
CAPILAR
70
0,5 à 3% term.comum
0,1 à 0,5% term.padrão
60
50
40
30
ESCALA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
20
* Sensibilidade:
função de vários fatôres.
10
0
10
LÍQUIDO
BULBO
201
Nelson Moreira Junior
Para o caso do mercúrio, cuja faixa normal é de - 38 a
357ºC, pode-se elevar este limite até 550ºC mediante
emprego de vidro adequado e injeção de um gás inerte
sob pressão, pois isto faz com que se evite a vaporização
do mercúrio.
Por se tratar de um medidor barato, o termômetro de vidro
industrial é utilizado na indicação de temperatura de pequena
flutuação, no processo em que a leitura da temperatura no
próprio local não se constitui problema, bem como para os
casos em que precisão abaixo de ± 1% e resposta rápida não
se fizerem necessárias.
202
Nelson Moreira Junior
101
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Termômetros c/ Sistema de Enchimento
ESCALA DE
TEMPERATURA
SENSOR
VOLUMÉTRICO
PONTEIRO
PINHÃO
BRAÇO DE
LIGAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Este termômetro consta de um bulbo de metal ligado a um
capilar metálico e um elemento sensor. Neste caso, o líquido
preenche todo o instrumento e com uma variação da
temperatura se dilata deformando elasticamente o elemento
sensor.
A este elemento sensor é acoplado um ponteiro que pode
girar livremente sobre uma escala graduada. Como a
relação entre a deformação do elemento sensor e a
temperatura é proporcional, este instrumento nos fornece
uma leitura linear.
SETOR
DENTADO
CAPILAR
LÍQUIDO MERCÚRIO
ÁLCOOL
BULBO
203
Nelson Moreira Junior
204
Nelson Moreira Junior
102
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Bulbo - Suas dimensões variam de acordo com a
sensibilidade desejada e também com o tipo de líquido
utilizado na aplicação. Os materiais mais usados para sua
confecção são: aço inoxidável, chumbo, monel e cobre.
No caso de utilizar o mercúrio
como líquido de enchimento,
o material do bulbo capilar e
sensor não pode ser de cobre
ou liga do mesmo.
Capilar - Suas dimensões são também variáveis, sendo que o
seu comprimento máximo é de 60 metros para líquidos
orgânicos e de 15 metros para enchimento com mercúrio.
Normalmente é confeccionado em aço, chumbo ou cobre.
A faixa de utilização dos líquidos
ultrapassa os limites do ponto de
ebulição porque o
recipiente é preenchido sob pressão
elevada (aproximadamente 40 atm).
Elemento sensor - Os materiais mais usados para sua
confecção são: aço inoxidável e bronze fosforoso.
205
Nelson Moreira Junior
206
Nelson Moreira Junior
103
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tipos de sensores usados em sistemas termais
207
Nelson Moreira Junior
208
Nelson Moreira Junior
104
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Pelo fato deste sistema utilizar líquido inserido num
recipiente e da distância entre o elemento sensor e o bulbo
ser considerável, as variações na temperatura ambiente
afetam não somente o líquido no bulbo, mas todo o sistema
(bulbo, capilar e sensor), causando erro de indicação ou
registro. Este efeito da temperatura ambiente é
compensado de duas maneiras que são denominadas
classe ΙA e classe ΙB.
Na classe ΙB a compensação é feita somente na caixa do
sensor através de uma lâmina bimetálica ou um espiral de
compensação
Quando a distância entre o bulbo e o instrumento é muito
grande, ou se deseja alta precisão, utilizam-se instrumentos
da classe ΙA onde a compensação é feita na caixa e no
capilar
209
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Termômetro Bimetálico
HASTE DE
TRANSMISSÃO
METAL
HELICOIDAL
Alumínio
(dilata-se muito)
FRIO
* SENSIBILIDADE
Aço
(dilata-se pouco)
QUENTE
210
* APLICAÇÃO
- 40 a 500 C
Nelson Moreira Junior
105
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Termômetros à pressão de gás
Os termômetros à pressão de gás baseiam-se na lei de Charles e Gay-Lussac
que diz:
“A pressão de um gás é proporcional à temperatura, se mantivesse constante o
volume do gás”.
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Tipos de gás de enchimento
Como gás de enchimento, utilizam-se normalmente Nitrogênio, Hélio,
Neônio ou Dióxido de Carbono (CO2). Porém, por ser inerte e mais
barato, o Nitrogênio é o gás mais utilizado. A faixa de medição varia de
acordo com o gás de enchimento, sendo o seu limite inferior determinado
pela temperatura crítica do gás, e o limite superior pelo tipo de capilar.
Sua construção é praticamente idêntica à dos termômetros de líquido com
capilares metálicos, porém o bulbo é geralmente grande, a fim de obter maior
força.
211
Nelson Moreira Junior
212
Nelson Moreira Junior
106
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Termômetros à pressão de vapor
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Líquidos de enchimento para termômetros à pressão de vapor
“A pressão de um vapor saturado depende única e exclusivamente de
sua temperatura e não da sua mudança de volume”.
213
Nelson Moreira Junior
214
Nelson Moreira Junior
107
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TERMORESISTÊNCIAS
ESPIRAL DE PLATINA
CILINDRO DE VIDRO
Características da Pt100( à 0°C )
CONDUTORES
MEDIDOR TOTALMENTE APOIADO
Materiais + utilizados: Pt, Cu ou Ni
* Alta resistividade, melhor sensibilidade,
* Alto coeficiente de variação (R*T),
* Ter rigidez e dutibilidade: fios finos.
Ni/Cu : isolação: esmalte, seda, algodão ou fibra de
vidro. ( T < 300°C )
MATRIZ DE CERÂMICA
ESPIRAL DE PLATINA
* Padrão de Temperatura: (- 270 à 660°C ),
* Alta estabilidade e repetibilidade,
* Tempo de resposta.
RABICHO
SELO
ISOLADOR
CONDUTORES
BAINHA
ISOLAÇÃO MINERAL
BULBO DE RESISTÊNCIA
CONDUTORES
Vantagens / Desvantagens
MEDIDOR PARCIALMENTE APOIADO
215
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Nelson Moreira Junior
216
Nelson Moreira Junior
108
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
2. Ligação à 3 fios:
PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO
RL3
1. Ligação à 2 fios:
( utilização: dist. < 3m )
RL1
R4
RL1
R4
R3
RL2
R3
A
B
R2
R1
RL2
A
B
R1
E
E
R2
ˆ V ab = E.[ (R sens - R,3) / R 1 ]
ˆ
Obs: variação linear em função da temperatura.
217
Nelson Moreira Junior
218
Nelson Moreira Junior
109
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CONDE ALESSANDRO VOLTA
As pilhas de Volta eram simples células eletrolíticas
aclopadas uma sobre a outra. Ao fechar o circuito, a
corrente que circulava estimulava o músculo das
pernas da rã que se contraiam.
LUIGI
GALVANI
interruptor
cobre
flanela embebida
em salmoura
zinco
... cada relâmpago causava uma
contração na pata da rã. Para
conduzir corrente elétrica, Galvani
utilizada grandes objetos metálicos,
por exemplo, bastava colocar o músculo
da pata da rã em contato com a grade metálica,
unindo o nervo a um anzol de bronze ...
219
Nelson Moreira Junior
220
Nelson Moreira Junior
110
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Efeito Seebeck
TERMOPARES
JUNTA DE
MEDIDA
TERMOPAR
Num circuito fechado formado por dois fios de
metais diferentes ocorre uma circulação de corrente
enquanto existir uma diferença de temperatura entre suas
junções.
Sua intensidade é proporcional à diferença de
temperatura e à natureza dos metais utilizados.
JUNTA DE
REFERÊNCIA
BLOCO DE
LIGAÇÃO
CABO DE
EXTENSÃO
GRADIENTE DE TEMPERATURA )( T)
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTO
INDICADOR OU
CONTTROLADOR
A (+)
I
T
Tr
Efeitos Termoelétricos:
Seebeck"
B (-)
Seebeck, Peltier, Thomson
221
"Efeito
Nelson Moreira Junior
222
Nelson Moreira Junior
111
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Efeito Peltier
Efeito Thomson
Dado um par termoelétrico com ambas as junções à
mesma temperatura, se, mediante uma fonte externa,
produz-se uma corrente no termopar, as temperaturas das
junções variam em uma quantidade não inteiramente devido
ao efeito Joule. A esse acréscimo de temperatura foi
denominado efeito Peltier.
Thomson concluiu, que a condução de calor ao longo dos
fios metálicos
de um termopar, que não transporta
corrente, origina uma distribuição uniforme de temperatura
em cada fio e, quando existe corrente, modifica-se em cada
fio a distribuição da temperatura em uma quantidade não
somente devido ao efeito Joule. A essa variação adicional
na distribuição da temperatura denominou-se efeito
Thomson.
E
A (+)
T - T
T + T
" Efeito Peltier "
B (-)
223
Nelson Moreira Junior
224
Nelson Moreira Junior
112
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos
Lei do Circuito Homogêneo
A força eletromotriz (f.e.m.) termal desenvolvida
em um circuito termoelétrico formado por dois metais
homogêneos mas de naturezas diferentes, depende
única e exclusivamente da diferença de temperatura
entre as junções e de suas composições químicas,
não sendo assim interferida pelo gradiente de
temperatura e nem de sua distribuição ao longo dos
fios.
225
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Leis dos metais intermediários
Num circuito constituído por condutores de vários metais
diferentes, a força termoeletromotriz total será zero (0) se
todo o circuito estiver à mesma temperatura. Quando um
circuito formado de dois fios de natureza diferentes com
suas junções em temperaturas diferentes, corta-se um dos
fios e introduz-se em terceiro fio de outra natureza, a f.e.m.
criada originalmente não é modificada, desde que as duas
junções criadas pelo terceiro fio estejam à mesma
temperatura.
226
Nelson Moreira Junior
113
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Lei da Temperatura Intermediária
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CARACTERÍSTICAS/TIPOS DOS TERMOPARES
A f.e.m. gerada num termopar de metais homogêneos, com
suas junções a temperaturas T1 e T2, é igual a soma
algébrica da f.e.m. do termopar com uma junção na
temperatura T1 e a outra numa temperatura qualquer T com
a f.e.m. do mesmo termopar com suas junções a T e T2.
Assim, a f.e.m. gerada depende somente da diferença entre
a junta fria, independente de qualquer temperatura
intermediária f.e.m.
" Existem várias combinações de 2 metais condutores:
- devem possuir relação razoavel/ linear entre Temp.
* fem e também desenvolver uma fem por grau de
mudança de Temperatura, que seja detectável pelos
equipamentos normais."
Grupos : * Termopares Básicos.
* Termopares Nobres.
* Termopares Especiais.
227
Nelson Moreira Junior
228
Nelson Moreira Junior
114
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Correlação da F.E.M. x Temperatura
mV
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TERMOPARES BÁSICOS
Maior uso industrial, custo baixo, maior limite de erro
80
E
70
Tipo T : Cu-Co (Cobre-Constantan)
60
K
50
J
Liga: (+) Cu(99,9%) ( - ) Co(Cu-58%;Ni-42%)
NICROSIL-NISIL
40
Faixa: - 184 à 370°C=(- 5,38 à 19,03 mv) e 5,14 mv / 100°C (T+)
30
20
R
S
T
Identificação de polaridade: O Cobre (+) é avemelhado :
B
10
T
0
0
200
400
600
800
1000
229
1200
1400
1600
1800
Nelson Moreira Junior
230
Nelson Moreira Junior
115
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Correção da Junta de Referência
Tipo J : Fe-Co (Ferro – Constantan)
Cr
Cr
Liga: (+) Fe(99,5%) ( - ) Co
T2
E1 = 19,68
24" C
A
E2 = 0,96
0" C
A
Faixa: 0 à 760°C=(0 à 49,92 mv) e 5,65 mv / 100°C
FORNO
50 " C
Identificação de polaridade : o pos.(Fe) é magnético
TIPO "X"
TERMÔMETRO
DIGITAL
2,25 mV
JR = 1,22 mV 25" C
231
Nelson Moreira Junior
232
Nelson Moreira Junior
116
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ASSOCIAÇÃO DE TERMOPARES
3. - Em Paralelo
mV
mV
25 " C
25 " C
TIPO J
TIPO K
100 " C
t2
2,27 mV
2,022 mV
56 " C
2,27 mV
1. - Associação Série
t1
TI
50 " C
2,022 mV
2. - Associação Sérieoposta
233
R
Nelson Moreira Junior
20 " C
0"C
R
234
Nelson Moreira Junior
117
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ERROS DE LIGAÇÃO
ERROS DE LIGAÇÃO
CABEÇOTE
CABEÇOTE
CABO DE COBRE
38 °C
1,529 mV
CABO TIPO KX
38 °C
1,529 mV
0,00 mV
0,569 mV
REGISTRADOR
24 °C
0,960 mV
TC TIPO K
20,371 mV
TC TIPO K
+ 20,731 mV
+ 0,000 mV
+ 0,960 mV
+21,691 mV
525 °C
20,371 mV
538 °C
* Usando fios de cobre.
+ 20,731 mV
+ 0,569 mV
+ 0,960 mV
+ 22,260 mV
ERRO = - 13 °C
538 °C
22,260 mV
REGISTRADOR
24 °C
0,960 mV
22,260 mV
538 °C
ERRO =' 0
* Usando fios de compensação.
FORNO
FORNO
235
Nelson Moreira Junior
236
Nelson Moreira Junior
118
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ERROS DE LIGAÇÃO
ERROS DE LIGAÇÃO
CABEÇOTE
CABEÇOTE
CABO TIPO KX
CABO TIPO KX
38 °C
1,529 mV
38 °C
1,529 mV
0,569 mV
0,569 mV
REGISTRADOR
24 °C
0,960 mV
REGISTRADOR
24 °C
0,960 mV
TC TIPO K
20,731 mV
TC TIPO K
- 20,731 mV
+ 0,569 mV
+ 0,960 mV
20,731 mV
+ 21,102 mV
- 19,202 mV
538 °C
22,260 mV
+ 20,731 mV
- 0,569 mV
+ 0,960 mV
511 °C
ERRO = - 27 °C
538 °C
* Inversão simples.
22,260 mV
FORNO
* Inversão Dupla.
FORNO
237
Nelson Moreira Junior
238
Nelson Moreira Junior
119
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Termopar de Isolação Mineral
RABICHO
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO
POTE
OBJETO
QUENTE
LENTE
PÓ ÓXIDO DE
MAGNÉSIO
TERMOPILHA
JUNTA DE
MEDIDA
PLUG
COMPENSADOR
* Vantagens.
INSTRUMENTO
BAINHA
239
Nelson Moreira Junior
240
Nelson Moreira Junior
120
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE DENSIDADE
PIRÔMETRO ÓPTICO
(8)
(3)
(2)
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
(4)
(5)
(6)
ESCALA
(7)
(9)
(1)
1. - Alvo
2. - Lente objetiva
3. - Diafragma
4. - Filtro absorvente
241
5. - Lâmpada
6. - Filtro vermelho
7. - Lente objetiva
8. - Diafragma
Nelson Moreira Junior
LASTRO
Densímetro
Autocompensado
Densímetro
242
Nelson Moreira Junior
121
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE DENSIDADE - Sist. de Purga
MEDIÇÃO DE DENSIDADE
TRANSBORDAMENTO
ROTÂMETRO
h
h=cte
DT
DI
DT
REGULADORA
DE PRESSÃO
DI
)
Pressão Hidrostática ( P=h. 243
Range do TD: h.mín. à h.máx.
Nelson Moreira Junior
244
Nelson Moreira Junior
122
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MEDIÇÃO DE pH
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Elementos de Medição
* dissociação eletrolítica @ 2 H O > H O + OH 3
2
exp. da água :
* solução neutra= não ácida e não alcalina
-14
+
+
[H3O ] = [OH ] e [ H3O ].[ OH ] = 10
+
-7 e pH = log 1
j [ H3O ]=10
+
[ H3O ]
pH
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
ALCALINO
ÁCIDO
TUBO HERMETICAMENTE
FECHADO
TUBO DE VIDRO
ELETRODO DE LIGAÇÃO
PRATA
KCl
CLORETO
DE PRATA
FIO DE PRATA
CLORETO
DE PRATA
MEMBRANA DE VIDRO
SENSÍVEL A H 3 O
Eletrodo de medição
NEUTRO
245
SOLUÇÃO TAMPÃO
Nelson Moreira Junior
SUBSTÂNCIA
POROSA
Eletrodo de referência
246
Nelson Moreira Junior
123
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
SISTEMA DE MEDIÇÃO
E
AGENDA
Eletrodo
Combinado
KCl
pH 7
ELETRODOS
DE LIGAÇÃO
pH MEDIÇÃO
MEMBRANA
247
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:
Processo:- Pressão,
Pressão, Nível,
Nível, Vazão,
Vazão,
Temperatura,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
SUBSTÂNCIA
POROSA
Nelson Moreira Junior
248
Nelson Moreira Junior
124
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Definições
CONTROLE DE PROCESSO
Processo, Variável controlada, Set-point, Elemento
de realimentação, Variável de realimentação, Desvio
Sistema de Controle em Malha Fechada
CONTROLADOR
AUTOMÁTICO
TERMÔMETRO
VAPOR
VÁLVULA DE
CONTROLE
ÁGUA
QUENTE
(Erro), Controlador, Variável manipulada, Elemento
DISPOSITIVO DE
MEDIDA DA
TEMPERATURA
Final de Controle e Pertubações.
TIC
ÁGUA
QUENTE
FT
VAPOR
ÁGUA
FRIA
DRENO
ÁGUA
FRIA
VAPOR
DRENO
Controle realimentado
automáticamente
Controle realimentado
manualmente
249
ÁGUA
FRIA
Nelson Moreira Junior
ÁGUA
QUENTE
Malha de Controle
CONDENSADO
250
Nelson Moreira Junior
125
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Resistência (Atrasos de Tempo)
ATRASOS DE TEMPO DO PROCESSO
1. - Capacitância / Capacidade (volume)
100 %
50 %
0%
TANQUE A
ENTRADA
TANQUE B
8m
100 %
50 %
4m
100 %
50 %
0%
( sem interação)
ENTRADA
100 %
50 %
tanque B:
tanque A:
vol.=100 m³
capac.=100/4=25 m³
vol.= 100 m³
capac.=100/8=12,5 m³
251
SAÍDA
0%
Nelson Moreira Junior
0%
SAÍDA
( com interação )
252
Nelson Moreira Junior
126
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
MODOS DE CONTROLE
Tempo de Transporte (Tempo Morto)
Sistemas de C.A. Descontínuo
( 2 posições - Tudo ou Nada )
ENTRADA
ÁGUA FRIA
100
ÁGUA
QUENTE
VÁLVULA
100 %
0
d
WT
PARAFUSO DE
REAJUSTE DO
VALOR DESEJADO
100 %
SAÍDA
120 V
50 Hz
TEMPERATURA
0%
VELOCIDADE
FECHADA
VALOR DESEJADO
TEMPO
0%
Controle liga - desliga (sem histerese)
253
Nelson Moreira Junior
254
Nelson Moreira Junior
127
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
AÇÃO PROPORCIONAL
Sistemas de Controle Automático Contínuo
Sc = ( G.E )+B
TIC
" A amplitude de correção é
proporcional a amplitude do
POSIÇÃO DA
VÁLVULA
ABRE
desvio( erro )."
110 °C
TEMPERATURA
OFF-SET
100 °C
E
Sp
Sc
G
Características de
Controlador Contínuo
CARGA
AUMENTA
90 °C
B
t
Spv
255
Nelson Moreira Junior
256
Nelson Moreira Junior
128
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
SISTEMA DE CONTROLE
Banda Proporcional e Ganho
100 l/h
100 l/h
B
BP = 500% BP = 200%
BP = 100%
100
Sp
E
ÁGUA
A 20 °C
ÁGUA
A 80 °C
Sc
G
90
TIC
80
Spv
70
BP = 50%
60
0%
ÁGUA
50
Pv (°C)
Sc=G.E+B=
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60 70
80
Curvas de reação
Pv (°C)
= G.(SP-PV)+B
(D)
55
= G.(PV-SP)+B
(R)
SP
55
SP
45
ABERTURA DA VÁLVULA EM %
257
TEMPO
TEMPO
90 100
Nelson Moreira Junior
45
G>
258
G<
Nelson Moreira Junior
129
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
RESPOSTAS DO CONTROLADOR
RESPOSTAS DO CONTROLADOR
INSTÁVEL
BANDA PROPORCIONAL MUITO
PEQUENA (ALTO GANHO)
Ação Proporcional
VARIÁVEL
CONTROLADA
1
ESTÁVEL - SUBAMORTECIDA
BANDA PROPORCIONAL
PRÓXIMA DO IDEAL
3
SET-POINT 2
5
ESTÁVEL - SUPER AMORTECIDA
BANDA PROPORCIONAL MUITO
GRANDE (PEQUENO GANHO)
" boa estabização,...
carac. indesejável
no off - set."
SET-POINT 2
4
SET-POINT 1
SET-POINT 1
fo
SET-POINT 2
fo
CONTINUAMENTE OSCILANTE
BANDA PROPORCIONAL MUITO
PEQUENA
SET-POINT 1
ESTÁVEL - CRITICAMENTE AMORTECIDA
BANDA PROPORCIONAL
IDEAL
fo
2
SET-POINT 2
SET-POINT 2
SET-POINT 1
SET-POINT 1
fo
fo
259
Nelson Moreira Junior
260
Nelson Moreira Junior
130
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Respostas das ações : P , I , PI.
AÇÃO INTEGRAL (RESET)
Sc = G/Ti.,Edt + B
Ti = tempo de integral(min.)
1/Ti =t axa de reajuste
Pv
VARIÁVEL
MEDIDA
%
1
CARGA
TEMPO
(MIN)
1
2
3
5
4
6
7
8
9
10
2
AÇÃO PROPORCINAL
GANHO =
0,5 - INVERSA
ERRO
SET-POINT
Sc
100 %
SAÍDA DO CONTROLADOR
50 %
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
AÇÃO INTEGRAL
TR=0,5 MIN
AÇÃO INTEGRAL + PROPOCIONAL
3
4
TEMPO
261
Nelson Moreira Junior
262
Nelson Moreira Junior
131
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
AÇÃO DERIVATIVA
Controlador Proporcional+Derivativa
1
Td
POSIÇÃO DA
VÁLVULA
(mv)
Respostas do Controlador
AÇÃO
PROPORCIONAL
AÇÃO PROPORCIONAL MAIS
DERIVATIVA
Pv
50 %
TEMPERATURA
(Pv)
AUMENTA
VARIÁVEL
MEDIDA
SET-POINT
TEMPO
Mv
SAÍDA DO
CONTROLADOR
VARIÁVEL
MEDIDA
80%
ABRE
Sc = Td.de/dt + B
Td=tempo derivativo
de/dt=derivada do erro
em rel. ao tempo
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
VARIÁVEL
CONTROLADA
t
20%
2
AÇÃO
DERIVATIVA
t
AÇÃO
PROPORCIONAL
3
TEMPO
0
1
2
t
3
Características das ações (P+D)
50 %
SAÍDA DO CONTROLADOR - PROP +
DERIVATIVA
4
t
TEMPO
263
Nelson Moreira Junior
264
Nelson Moreira Junior
132
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Curvas resultantes das Ações de controle(PID)
CARGA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
SINTONIA DOS CONTROLADORES
ÁREA
MÍNIMA
TEMPO
COMPONENTE DA AÇÃO PROPORCIONAL
COMPONENTE DA AÇÃO INTEGRAL
AÇÕES
SOBRE A
VÁLVULA
VARIÁVEL
SET-POINT
TEMPERATURA
PERTURBAÇÃO
MÍNIMA
AMPLITUDE
MÍNIMA
COMPONENTE DA AÇÃO DERIVATIVA
RESULTANTE DA POSIÇÃO
DA VÁLVULA
POSIÇÃO DA
VÁLVULA
TEMPO
265
Nelson Moreira Junior
TEMPO
Critérios e Estabilidade
266
Nelson Moreira Junior
133
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
SISTEMAS DE CONTROLE
Faixa Dividida - "Split Range"
Controle Cascata
CONTROLADOR
TIC
TIC
BULBO
SP
VP
Tcv1
FIC
FORNO
VAPOR
REATOR
FT
Fcv
Tcv2
ÁGUA FRIA
267
Nelson Moreira Junior
COMBUSTIVEL
268
Nelson Moreira Junior
134
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Controle Seletivo ( Override )
Controle de Razão (Relação)
CONTR. PROP.
DIRETO
VAZÃO
INDEPENDENTE
RELE SELETOR
DE BAIXA PRESSÃO
PIC
PIC
CONTROLADOR
DE RAZÃO
TRANSMISSORES
DE VAZÃO
AR PARA
ABRIR
FIC
BOMBA
Psi
Psi
15
15
VAZÃO
DEPENDENTE
3
269
Nelson Moreira Junior
3
10
100%
270
50
100%
Nelson Moreira Junior
135
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Controle de Limites Cruzados
Controle Feedforward (Antecipatório )
LINHA DE VAPOR
PT
CONTR. (P+I+D)
REVERSO
CONTR. PROP.
DIRETO
PIC
TIC
FIC
FIC
FIC
AR PARA
ABRIR
RR
C
A
B
FT
FT
C = A + B = 9 PSI
RELE SOMADOR
AR
COMBUSTIVEL
271
Nelson Moreira Junior
272
Nelson Moreira Junior
136
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Controle de Nível a 3 Elementos
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:
Processo:- Pressão,
Pressão, Nível,
Nível, Vazão,
Vazão,
Temperatura,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
273
Nelson Moreira Junior
274
Nelson Moreira Junior
137
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Componentes da Válvula de Controle
A) Atuador
Tipos
CABEÇOTE
MEMBRANA
* Damper ou Abafador,
* Bomba,
* Motor, resistências elétricas,
variadores eletromagnéticos,
* Chaves de posição
(fim de curso)
PRATO
MOLA
CORPO
* Válvulas de Controle
Ação Reversa
Ação Direta
275
Nelson Moreira Junior
276
Nelson Moreira Junior
138
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
VÁLVULAS DE CONTROLE
Sinal de saída do regulador (3 psi)
Modos de Acionamento
Sinal de saída do regulador (15 psi)
Motor ou
Atuador
• Acionamento Manual
- Volante
- Haste Roscada
- Alavanca
Diafragma
Mola
Escape
Haste
Indicador
Castelo
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Obturador
• Acoplamento por Motor Elétrico
Corpo
Sede
Válvula Aberta
Válvula Fechada
277
Nelson Moreira Junior
278
Nelson Moreira Junior
139
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Posição de Segurança por Falhas (AFA ou FFA)
POSIÇÃO
DE FALHA DA
VÁLVULA
ATUADOR
CASTELO
FECHADA (FFA)
ABERTA (AFA)
DIRETO
INVERSO
INVERSO
DIRETO
POR CIMA
POR BAIXO
POR CIMA
POR BAIXO
OBTURADOR
(tipo de
montagem)
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
- Normal
- Aletado
- Alongado
- Com foles de
vedação
ESQUEMA
279
Nelson Moreira Junior
280
Nelson Moreira Junior
140
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Obturador
INTERNOS
" Controla a passagem do fluído, através da(s)
sede(s) e dele depende a caracterização final
de controle da
100
válvula".
90
GAXETA
MOLA
BUCHA
80
ANEL DE RETENÇÃO
70
* Obturador de
característica
ANEL SEDE
OBTURADOR
" Tudo ou Nada"
ANEL SEDE
CURSO %
CEFET CAMPOS
CURVA TEÓRICA
DA VAZÃO EM
FUNÇÃO DO CURSO
60
50
40
30
20
10
0
0
BUCHA
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
VAZÃO %
281
Nelson Moreira Junior
282
Nelson Moreira Junior
141
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
100
100
90
90
80
60
80
70
Característica do obtur.
60
50
- linear modificado
40
30
20
50
10
40
0
0
30
10
20
30
40
50
60
70
80
20
10
0
100
90 100
90
% VAZÃO MÁXIMA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Característica do obtur.
- igual porcentagem"
100
VAZÃO %
80
% DO CURSO
CURSO %
70
% DO CURSO
CURVA TEÓRICA
DAS VARIAÇÕES
DA VAZÃO EM
FUNÇÃO DO CURSO
50
40
30
20
10
0
Característica do obturador linear
283
70
60
Nelson Moreira Junior
1
2
3
4
5
10
20
30
40 50
100
% VAZÃO MÁXIMA
284
Nelson Moreira Junior
142
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Força Hidrodinâmica sobre o Obturador Simples
Classificação das Válvulas
quanto ao deslocamento da haste
A)- Deslocamento
Linear.
B)- Deslocamento
Rotativo.
Globo sede simples. ( Corpo Reversível)
285
Nelson Moreira Junior
286
Nelson Moreira Junior
143
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Força Hidrodinâmica sobre o Obturador Duplo
Globo sede dupla
(Corpo Reversível)
287
Nelson Moreira Junior
288
Nelson Moreira Junior
144
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
VÁLVULA ANGULAR
Válvula de corpo bipartido(Split Body)
289
Nelson Moreira Junior
290
Nelson Moreira Junior
145
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Válvula Borboleta
(deslocamento rotativo da haste)
291
Nelson Moreira Junior
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Válvula tipo Esfera
292
Nelson Moreira Junior
146
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
POSICIONADOR PNEUMÁTICO
VÁLVULA CAMFLEX
Posicionador
OBTURADOR EXCÊNTRICO
Alimentação
20 psi
Relé
Bocal
FLUXO
Fole
Sinal do Regulador
3 a 15 psi
Alavanca de realimentação mecânica
(ao mesmo tempo, palheta)
CORPO
293
Nelson Moreira Junior
294
Nelson Moreira Junior
147
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CONHECENDO O POSICIONADOR
PLACA PRINCIPAL
DIAGRAMA
DE BLOCOS
SENSOR DE
TEMPERATURA
CONTROLE
ELETRÔNICA
DO SENSOR
HALL
ISOLAÇÃO
PLACA ANALÓGICA
BICO PALHETA
COM PIEZO
ALIMENTAÇÃO
DE AR
BICO
PALHETA
COM PIEZO
RESTRIÇÃO
VÁVULA
P1
VÁLVULA
CARRETEL
VÁLVULA CARRETEL
ATUADOR
P2
HASTE
ÍMAS
SENSOR
HALL
TRANSDUTOR
VÁLVULA
SENSOR HALL
295
Nelson Moreira Junior
296
Nelson Moreira Junior
148
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
CONVERSOR OU TRANSDUTOR - I / P
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:
Processo:- Pressão,
Pressão, Nível,
Nível, Vazão,
Vazão,
Temperatura,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
297
Nelson Moreira Junior
298
Nelson Moreira Junior
149
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
TABELA DE SEQUÊNCIA DE ALARMES - ISA
CÓGIGO
ISA
1B
1D
2A
2C
4A
CONDIÇÃO
DO
ANUNCIADOR
NORMAL
ALERTA
RECONHECIMENTO
RETORNO NORMAL
TESTE
NORMAL
ALERTA
RECONHECIMENTO
RETORNO NORMAL
NORMAL
ALERTA
RECONHECIMENTO
RETORNO NORMAL
RESET
TESTE
NORMAL
ALERTA
RECONHECIMENTO
RETORNO NORMAL
RESET
TESTE
NORMAL
ALERTA
INICIAL
SUBSEQUENTE
RECOLHECIMENTO
INICIAL
SUBSEQUENTE
RETORNO NORMAL
TESTE
CONDIÇÃO DA
VARIÁVEL DE
PROCESSO
NORMAL
ANORMAL
ANORMAL
NORMAL
NORMAL
NORMAL
ANORMAL
ANORMAL
NORMAL
NORMAL
ANORMAL
ANORMAL
NORMAL
NORMAL
NORMAL
NORMAL
ANORMAL
ANORMAL
NORMAL
NORMAL
NORMAL
NORMAL
ANORMAL
INDICADOR
VISUAL
OFF
PISCANDO
ON
OFF
ON
FRACO
PISCANDO
ON
FRACO
OFF
PISCANDO
ON
PISCA FRACO
OFF
ON
OFF
PISCANDO
ON
ON
OFF
ON
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
PISCANDO
ON
ON
OFF
ON
ON
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
ANORMAL
NORMAL
NORMAL
OUTROS
299
SINAL
AUDÍVEL
FREQUÊNCIA
DE USO
55%
1%
4%
5%
28%
AGENDA
Índice
Conceitos Básicos
Telemetria
Variáveis de Processo:
Processo:- Pressão,
Pressão, Nível,
Nível, Vazão,
Vazão,
Temperatura,
Temperatura, Densidade e pH.
Controle de Processo
Elementos Finais de Controle
Técnicas de Segurança Operacional
Segurança Intrínseca
7%
Nelson Moreira Junior
300
Nelson Moreira Junior
150
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
BARREIRAS ZENER
Fundamentos de Sistemas Intrínsicamente Seguros
Área
Não Classificada
Equipamento
Associado
(Barreira I.S.
Área
Não
Classificada
Área
Classificada
Área
Classificada
Cabo de Interligação
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Equipamento I.S.
ou
Equipamento Simples
Equipamento
I.S.
Falha
Barreira
Passiva
Rede
AC
Equipamento
Não I.S.
Corrente de Falha
Aterramento Barreira < 1 Ohm
Terra da
Rede AC
301
Nelson Moreira Junior
302
Nelson Moreira Junior
151
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
ATERRAMENTO
ATERRAMENTO
Voc = 250 Vac máx.
Isc
Rlim.
Fusível
Isc
Área
Não
Classificada
Área
Classificada Voc
Corrente
de
Falha
303
Voc = 250 Vac máx.
Fusível
Área
Não
Classificada
Área
Classificada Voc
Sensor aterrado
na Área
Classificada
Nelson Moreira Junior
Rlim.
Corrente de
Falha na Área
Classificada sem
Proteção
304
Corrente
de
Falha
Nelson Moreira Junior
152
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
BARREIRAS COM
ISOLAÇÃO GALVÂNICA
Área
Não
Classificada
Área
Classificada
350 Ohm
Aparato
I.S.
4 - 20 mA
Barreira
Zener
+ 24 Vdc
Limitador
de
Energia
50 Ohm
Componentes
de Segurança
250 Ohm
Nelson Moreira Junior
Área
Não
Classificada
Alimentação
Fonte de
Alimentação
305
Circuito de
Proteção
Saída
Entrada
Área
Classificada
Transmissor
Isolado
Isolação
Galvânica
Amplificador
Transformador
de Alimentação
306
Nelson Moreira Junior
153
CEFET CAMPOS
CEFET CAMPOS
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Área Não Classificada
BARREIRAS COM
ISOLAÇÃO GALVÂNICA
4 - 20 mA
Fonte de Alimentação
4-20 mA
500 Ohm
Carga Máx.
Indicador
15,5 Vdc
mínimo para Tx
Barreira com Isolação Galvânica
para transmissor de campo
Área
Classificada
Transmissor
I.S.
RTD
Pt 100
Área Não
Classificada
Área
Classificada
INSTRUMENTAÇÃO BÁSICA
Barreira com Isolação
Galvânica para entrada
de Pt 100
Contato de
Saída
250 Vac
Contato
Seco
Barreira com Isolação
Galvânica para entrada
de Contato
307
Nelson Moreira Junior
308
Nelson Moreira Junior
154