Curso bsico de InstrumentaoIndustrialCronograma: Introduo;
Introduo; ISA Instrumentation Symbols and Identifications; ISA
Instrumentation Symbols and Identifications; Grandezas de
instrumentao; Grandezas de instrumentao; Variveis de processo;
Variveis de processo; Especificaes !Grau de proteo" #lasse de
presso" tipos deEspecificaes !Grau de proteo" #lasse de presso"
tipos de cone$o" li%ao el&trica'; cone$o" li%ao el&trica';
(ipos de instrumentos; (ipos de instrumentos; #omparao entre
instrumentos; #omparao entre instrumentos; (ipos de vlvula e
al%umas caracter)sticas* (ipos de vlvula e al%umas
caracter)sticas*Introduo:Instrumentao & definida como +a arte e
ci,ncia da medio e controle* -ara isto sonecessrios dois elementos
fundamentais em nossos
sistemas.Instrumentos:/ispositivo0ue&utilizadoparamedir
%randezascaracter)sticasdesistemas f)sicos* E$. 1edidores2
indicadores e c3aves*Atuadores: /ispositivos 0ue atuam e modificam
as %randezas f)sicas do sistema* E$*. Vlvulas2 buzinas2 ***
Amaioria dos processos industriais necessita de monitorao e
controle de suasvariveis de processo* Estes controles podem ser
divididos entre.Malha aberta:4 o sistema onde as variveis de
entrada so medidas2 mas no so utilizadas paraa5uste de uma varivel
dese5ada*Malha fechada:4 o sistema onde a varivel medida &
utilizada para manipular a varivel 0ue se dese5acontrolar*
1antendo6a dentro dos limites dese5ados*Padronizao ISA: 7orma de
simbolo%ia de identificao.7orma de simbolo%ia de sinais.7orma de
simbolo%ia de instrumentos" funes.Definies:6 8an%e !9ai$a
medida'9ai$ade valores davarivel medida"controlada
0ueestcompreendida dentrodoslimites superiores e inferiores de
capacidade de medio*6 Alcance4 a diferena entre os valores
superiores e inferiores do ran%e do instrumento*6 -onto de a5uste
!Set -oint'4 o ponto onde o controlador & a5ustado para
controlar a varivel dese5ada6 E$atido. 4 a caracter)stica de medio
0ue e$prime o afastamento entre asmedidasnele efetuada e o valor de
refer,ncia aceito como verdadeiro*6 :isterese.
/iferenam$ima0ueseobservanosvaloresindicadospeloinstrumento2
paraummesmo valor 0ual0uer da fai$a
medida*/iferenam$ima0ueseobservanosvaloresindicadospeloinstrumento2
paraummesmo valor 0ual0uer da fai$a medida*-reciso4a a tolerancia
de medio ou de transmisso do instrumento* ;imite de erroscometidos
0uando o instrumento & utilizado em condies normais de
operao*SensibilidadeValor m)nimo 0ue a varivel deve mudar para 0ue
o instrumento ten3a uma variao nasua indicao*8epetibilidade4 a a
capacidade de reproduo da indicao2 repetidamente2 de valores
id,nticos davarivel medida*ari!eis de "rocesso:PressoPresso
atmosf#rica. -resso ao n)vel do solo* #orrespondente a < atm no
n)vel domar* Varia com a altitude e com as condies ambientais do
localPresso$elati!a:-resses medidas
comrefer,nciaapressoatmosf&rica* (amb&mc3amadas de presses
manom&tricas ou presso efetiva*Presso Absoluta. -resso relativa
= presso atmosf&rica7ota. 7a industria2 0uando se omite a
refer,ncia2fica impl)cito 0ue a presso &atmosf&rica
!relativa ou
manom,trica'Pressoesttica:4asobrepressooudepressorelativacriadapelaatuaodeume0uipamento
!ventilador2 bomba2 e$austor' ou pela altura da coluna de um
l)0uido*Pressocin#tica.
-ressodevidaavelocidadedeumfluidoemmovimentoemumduto*Presso total
> -resso esttica = -resso cin&ticaazo4 definida como
0uantidade de fluido 0ue passa por uma seo reta de um duto2
porunidade de tempo*azo mssica %&g'h(: 4 uma medio de massa do
fluido por unidade de tempo*olum#trica %m)h(: 4 uma medio de volume
de fluido por unidade de tempo*Densidade:Densidade absoluta ou
massa es"ec*fica %&g'm)(:A densidade absoluta de uma subst?ncia
& definida como a relao entre a sua massa e oseu
volume.r>m"VA densidade absoluta & tamb&m uma
propriedade espec)fica2 isto &2 cada subst?ncia puratem uma
densidade pr@pria2 0ue a identifica e a diferencia das outras
subst?ncias*Densidade relati!a %adimensional(:A
densidaderelativadeummaterial
&arelaoentreasuadensidadeabsolutaeadensidade absoluta de uma
subst?ncia estabelecida como padro* 7o clculo dadensidade relativa
de s@lidos e l)0uidos2 o padro usualmente escol3ido & a
densidadeabsoluta da %ua* No caso de gases, a densidade relativa
tomada em relao ao ar ou aohidrognio. d = r/r!:AB'iscosidade:A
viscosidade pode, de modo geral, ser defina como a resistncia
deformao, ou seja,a maior ou menor capacidade do fluido tomar a
forma do recipiente que ocupa. A 0uantificao da viscosidade &
facilmente entendida atrav&s da anlise do
escoamentounidimensional de umfluidoem0ue se define umcon5untode
camadas 0ue sedeslocam na mesma direo2 mas com velocidades
diferentes*Din+mica%c" , &gf-s'm. , Pa-s(:A
viscosidadedin?mica&definidaemfluidos7eCtonianoscomoarelaoentreatenso
tan%encial de atrito e o %radiente da velocidade2 na direco normal
aoescoamento*Cin#tica %m.'s(: 4 a relao entre a viscosidade dinmica
e a massa especfica/s"ecificaes:Se%ue abai$o al%umas tabelas e
%rficos para especificao de %rau de proteo2 classede presso e tipos
de cone$o para dimensionamento de instrumentos" e0uipamentos*, 0rau
de "roteo(rata6se do %rau de proteo !I-'2 apresentado na norma 7D8
IE# EFGAH 6 IGrau deproteo para inv@lucros de e0uipamentos
el&tricos !c@di%os I-'*Tab. I - Graus de proteo contra a
penetrao de objetos slidos estranhos indicados pelo primeiro
numeral caractersticoNumeral Descrio sucinta do grau de proteo0 No
protegido 1 Protegido contra obetos s!lidos de " #0 mm e
maior$Protegido contra obetos s!lidos de " 1$ mm e maior% Protegido
contra obetos s!lidos de " $,# mm e maior& Protegido contra
obetos s!lidos de " 1,0 mm e maior# Protegido contra poeira'
(otalmente protegido contra poeiraTab. II - Graus de proteo contra
a penetrao de gua indicados pelo segundo numeral
caractersticoNumeral Descrio sucinta do grau de proteo0 No
protegido 1 Protegido contra gotas d)*gua caindo verticalmente$
Protegido contra +ueda de gotas d)*gua caindo verticalmente com
inv!lucro inclinado at 1#,% Protegido contra asperso d)*gua&
Protegido contra proeo d)*gua# Protegido contra atos d)*gua'
Protegido contra atos potentes d)*gua- Protegido contra e.eitos de
imerso tempor*ria em *gua/ Protegido contra e.eitos de imerso
cont0nua em *gua, Classe de "ressoAbai$opodemos verificar os
limites depressoparaal%uns tipos demateriais emfuno da temperatura,
Classe de "ressoAs cone$es t)picas para instrumentos e vlvulas
costumam ser dos se%uintes tipos. 1langeada. B instrumento &
fornecido com flan%e 0ue & faceado contra o flan%edo processo
& fi$ado atrav&s de parafusos* 2afer:B
instrumento&montadoentreflan%es e fi$ado atrav&sde
parafusospassantes* $oscada:Binstrumento & roscado na tubulao*
Jutilizada apenas parape0uenos di?metros* E$istem normas 0ue
definem os padres comerciais dos flan%es dentre as 0uais a
maisutilizada & a A7SI D ! P ;' " A onde. #onstante de
condutividade; #omprimento do resistorA Qrea da seo transversal7a
sua forma mais completa2 o strain6%au%e & um resistor composto
de uma fin)ssimacamada de material
condutor*Ntilizando6sedaformulaacimaumafora0ueatuesobreostrain6%au%e%eraumadeformao
e conse0uentemente varia o valor de sua resist,ncia* /essa
maneirapodemos calcular ovalor
daforaa0ueostrain6%au%eestsubmetidoapartir davariao de sua
resist,ncia*A relao bsica entre a deformao e a variao da
resist,ncia &. > ! Mv E0uao de Dernoulli. A e0uao de
Dernoulli estabelece a relao entre as velocidadese a presso num
fluido 0uando o di?metro da tubulao varia de uma seo F< para
umaseo FA* Abai$o podemos verificar a forma %eral da e0uao de
Dernoulli*!V !VATA'"A = !-A"' onde.V velocidade- presso 6
densidade/a e0uao acima podemos verificar o se%uinte. A relao entre
V< e VA depende darelao de reduo das sees e & con3ecida2 a
densidade & con3ecida para o fluido em0uesto* /essa maneira
efetuando a medio da presso diferencial !-< -A' podemoscalcular
a vazo do fluido*#3e%amos ento a se%uinte e0uao.Bnde O representa
uma constante 0ue & definida a partir de vrios fatores como.
tipo deelemento primrio2 taman3o do elemento primrio*Medidores de
azo "or Presso Diferencial Constante %5rea ari!el(Bs dispositivos
de presso diferencial at& a%ora considerados t,m por base
restriesde dimenso fi$a2 e a presso diferencial criada atrav&s
deles modifica6se com a vazo* E$istem2 contudo2 dispositivos nos
0uais a rea da restrio pode ser modificada paramanter constante o
diferencial de presso en0uanto muda a vazo; como por e$emplodeste
princ)pio utilizaremos o rot?metro*$ot+metros:8ot?metros so
medidores de vazo por rea varivel2 nos 0uais um flutuador variasua
posio dentro de um tubo cRnico2 proporcionalmente L vazo do
fluido*Dasicamente2 um rot?metro consiste de duas partes* /ensidade
P Altura da coluna#omo temos a densidade do fluido 0ue estamos
medindo e normalmente ela no varia2podemos calcular o n)vel como
sendo a altura da coluna*-ara os casos de tan0ues abertos para a
atmosfera2 a tomada de bai$a presso fica seminterli%ao medindo a
presso atmosf&rica*Esse tipo de instrumento nunca deve ser
instalado com suas tomadas acima do n)velm)nimo de medio*Medio de
6*!el Ca"aciti!oAcapacit?ncia & uma %randeza el&trica 0ue
e$iste entre Asuperf)cies condutorasisoladas entresi* Bmedidor
den)vel
capacitivomedeacapacit?nciadocapacitorformadopeloeletrodosubmer%idonol)0uidoemrelaoas
paredes dotan0ue* Acapacidade do con5unto depende do n)vel do
l)0uido*B elemento sensor2 %eralmente & uma 3aste ou cabo
fle$)vel de metal* Em l)0uidos nocondutores
seempre%amumeletrodonormal2 emflu)dos condutores
oeletrodo&isolado normalmente com teflon* Amedida0ueon)vel
dotan0uefor aumentandoovalor dacapacit?nciaaumentapro%ressivamentea
medida 0ueo diel&tricoar& substitu)dopelodiel&trico
l)0uidoamedir*A capacit?ncia & convertida por um circuito
eletrRnico numa corrente el&trica sendo estesinal indicado em
um medidor*A medioden)vel
porcapacit?nciatamb&mpodeserfeitasemcontato2
atrav&sdesondas de pro$imidade * A sonda consiste de um disco
compondo uma das placas docapacitor* A outra placa & a pr@pria
superf)cie do produtoMedidor de 6*!el "or 7ltra Som6 AplicaoBs
dispositivos do tipo ultra6sRnico podem ser usados para a deteco
cont)nua de n)vel2al&m de poderem atuar como sensores de n)vel
pr&6determinado !c3ave de n)vel'*
Bsdispositivosdestinadosadetecocont)nuaden)vel caracterizam6se2
principalmente2pelo tipo de instalao2 ou se5a2 os transdutores
podemencontrar6se totalmentesubmersos noproduto2 ouinstalados
notopodoe0uipamentosemcontatocomoproduto*6 -rinc)pios
9)sicosBultra6som&umaondasonora2
cu5afre0S,nciadeoscilao&maior 0uea0uelasens)vel pelo ouvido
3umano2isto &2 acima de AF U3z* A fre0S,ncia usual & de
AE*GO:z*A %erao ocorre 0uando uma fora e$terna e$cita as
mol&culas de um meio elstico2esta e$citao & transferida de
mol&cula a mol&cula do meio2 com uma velocidade 0uedepende
da elasticidade e in&rcia das mol&culas* A propa%ao do
ultra6som depende2portanto2 do meio2 por&memumdeterminado meio
sua velocidade & constante*/ependendo do meio2 faremos a
distino da propa%ao nos s@lidos2 l)0uidos e %ases*Assim sendo2 a
velocidade do som & a base para a medio atrav&s da
t&cnica de
eco2usadanosdispositivosultra6sRnicos*Adist?nciadosensorat&ofluido&calculadaatrav&s
da se%uinte formula./istancia > !velocidade $ tempo' "
A-ara0ueaondarefletidaatin%aosensor &necessrio0ueosensor
se5amontadoperpendicularmente a superf)cie de medio* Essa condio
pode ser e$plicada pela leif)sica de refle$o ilustrada abai$o 0ue
define 0ue o ?n%ulo de incid,ncia de uma onda &i%ual ao ?n%ulo
de refle$o da mesma* Medidor de 6*!el "or $adarBs medidores
dotiporadar funcionamdemodosemel3anteaoultra6sompodendoefetuar a
medio atrav&s do tempo 0ue o sinal demora a voltar ate o sensor
ou
pelavariaodefre0S,ncia0ueocorreemumaonda0uandoamesmarefleteemal%ummeio*E$istem
tamb&m os medidores do tipo radar de onda %uiada 0ue utilizam a
transmissoatrav&s de 3astes ou cabos* 7o & afetado pela
turbul,ncia2 presena de poeira2 vapor ouespuma*Cha!e de n*!el do
ti"o inclinaoSensor do tipo eletromec?nico onde um movimento
an%ular atua em uma ampola demercVrio 0ue atua no contato de
sa)da*Cha!e de 6*!el ti"o /m"u8oSistema de deslocador com cabo2
onde o movimento resultante da mudana do n)vel dol)0uido aciona um
sistema el&trico2 por acoplamento ma%n&tico* Muando
utilizada emflu$os turbulentos deve ser usada com tubo de calma*
-ode ser fornecida com ate FWpontos de atuao*Cha!e de 6*!el ti"o
DiafragmaSistema de medio do tipo eletromec?nico onde o pr@prio
material atua no diafra%mado sensor2 o deslocamento do diafra%ma
atua um sensor indutivo alterando o estado docontato do mesmo*Cha!e
de 6*!el ti"o 0arfo ibrat9rioSeu funcionamento baseia6se na vibrao
da 3aste metlica por um cristal piezoel&tricocolocado em seu
interior* Muando o material penetra entre os dois eletrodos varia
afre0S,ncia de oscilao do cristal atuando no sinal de sa)da do
instrumento*1edio de (emperatura(ipos. Dimetlicos2 bulbo capilar2
termistores2 termopar2 pirRmetros de radiao2semicondutores2
ultra6som2 3ermo"arNm termopar consiste de dois condutores
metlicos2 de natureza distinta2 na forma demetais puros ou de li%as
3omo%,neas* Bs fios so soldados em um e$tremo ao 0ual sed o nome de
5unta 0uente ou 5unta de medio* A outra e$tremidade dos fios &
levadaao instrumento de medio de f*e*m* ! fora eletromotriz '2
fec3ando um circuito el&tricopor onde flui a corrente* B ponto
onde os fios 0ue formam o termopar se conectam aoinstrumento de
medio & c3amado de 5unta fria ou de
refer,ncia*Ba0uecimentoda5unodedois metais
%eraoaparecimentodeumaf*e*m** Esteprinc)piocon3ecidopor
efeitoSeebecUpropiciouautilizaodetermoparesparaamedio de
temperatura* Btermopar %era ento umtenso da ordemde mV0ue
representa o valor datemperatura medida*E$istem tabelas
normalizadas 0ue indicam a tenso produzida por cada tipo de
termoparpara todos os valores de temperatura 0ue suporta* -odemos
verificar abai$o uma tabela0ue relaciona a tenso de sa)da $
temperatura media*As letrasemcada curvaidentificam o
tipodotermopar* A diferena bsicaentreosvrios tipos est no material
de construo de cada um*7as aplicaes prticas o termopar apresenta6se
normalmente conforme a fi%ura acima *B sinal de f*e*m* %erado pelo
%radiente de temperatura ! X( '3ermorresist:nciaBs m&todos de
utilizao de resist,ncias para medio de temperatura iniciaram6se
aoredor de ; A0$/SSI
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