Apostila Petrobras

MONITORAMENTOE CONTROLE

DE PROCESSOS

PARAVALIDAO

PETROBRAS ABASTECIMENTOEIDER PRUDENTE DE AQUINODiretor Gerente do Abastecimento

LUIZ EDUARDO VALENTE MOREIRAGerente Geral de Tecnologia de Refino

AUGUSTO FARIASGerente de Recursos Humanos de Abastecimento

MAURCIO LIMACoordenador de Formao, Capacitao e Certificao no Abastecimento

CONFEDERAO NACIONAL DA INDSTRIA CNIConselho Nacional do SENAI

CARLOS EDUARDO MOREIRA FERREIRAPresidente

COMISSO DE APOIO TCNICO E ADMINISTRATIVO AOPRESIDENTE DO CONSELHO NACIONAL DO SENAI

DAGOBERTO LIMA GODOYVice-Presidente da CNI

FERNANDO CIRINO GURGELDiretor 1 Tesoureiro da CNI

MAX SCHRAPPEVice-Presidente da Federao das Indstrias do Estado de So Paulo

SENAI DEPARTAMENTO NACIONAL

JOS MANUEL DE AGUIAR MARTINSDiretor-Geral

MRIO ZANONI ADOLFO CINTRADiretor de Desenvolvimento

EDUARDO OLIVEIRA SANTOSDiretor de Operaes

ALBERTO BORGES DE ARAJOCoordenador da COTED

MONITORAMENTOE CONTROLE

DE PROCESSOSMarcelo Giglio Gonalves

BR A S L I A 2003

TOMO 2

MONITORAMENTO E CONTROLE DE PROCESSOS 2003 Marcelo Giglio Gonalves

FICHA CATALOGRFICA

Gonalves, Marcelo Giglio.Monitoramento e controle de processos, 2 / Marcelo GiglioGonalves. Rio de Janeiro: Petrobras ; Braslia : SENAI/DN, 2003.100 p. : il. (Srie Qualificao Bsica de Operadores).

TTULO CDU 65:504.05

PETROBRASPetrleo Brasileiro S. A.Avenida Chile, 65 20 andar20035-900 Rio de Janeiro RJTel.: (21) 2534-6013

PETROBRASDIRETORIA DE ABASTECIMENTO

Srie Qualificao Bsica de Operadores

Todos os direitos reservados

SENAIServio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento NacionalSetor Bancrio Norte Quadra 1 Bloco CEdifcio Roberto Simonsen70040-903 Braslia DFTel.: (61) 317-9001 Fax: (61) 317-9190http://www.dn.senai.br

A publicao desta srie uma co-edio entre o Senai e a Petrobras

1. VIDA E AMBIENTE

2. MONITORAMENTO E CONTROLE DE PROCESSOS

3. SISTEMAS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

4. OPERAO E PROCESSOS

5. GESTO DA QUALIDADE

6. OPERAO SEM RISCOS

SENAIDEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE CONHECIMENTO E

TECNOLOGIA DA EDUCAO COTED

SENAI-RJDIRETORIA DE EDUCAOGERNCIA DE EDUCAO PROFISSIONAL GEP

Lista de ilustraes

Apresentao

Uma palavra inicial

UNIDADE 4Instrumentao, controle e automaodos processos industriais

Aspectos gerais da rea de instrumentaoTerminologiaPrincipais sistemas de medidasTelemetria

Medio de pressoDispositivos para medio de presso

Medio de temperaturaConceitoTemperatura e calorEscalas de temperaturaMedidores de temperatura por dilatao/expansoEfeitos termoeltricosLeis termoeltricasCorrelao da FEM em funo da temperaturaTipos e caractersticas dos termoparesCorreo da junta de refernciaMedio de temperatura por termorresistncia

Medio de nvelMtodos de medio de nvel de lquido

Sumrio

9

15

7

13

19

33

27

3939

61

5152

48

17

31

57

41

27

40

43

49

59

61

Medio de vazoTipos de medidores de vazoMedidores especiais de vazo

Elementos finais de controleVlvulas de controleVlvula de controle: aoPosicionadorCaractersticas de vazo de uma vlvula

Controle e automao industrialAtrasos de tempo do processoAtrasos na malha de controleAes de um controladorAes de uma vlvula de controleModos de controleAjustes de um controlador proporcionalInfluncia do ajuste da faixa proporcional (ou do ganho)Controle proporcional + integralControle proporcional + derivativoControle proporcional + integral + derivativo

79

82

85

93

96

88

86

89

84

91

85

83

98

94

80

717277

87

Lista de Ilustraes

FIGURAS

FIGURA 1 Malha de controle fechada /18

FIGURA 2 Malha de controle aberta /18

FIGURA 3 Indicador /22

FIGURA 4 Registrador /22

FIGURA 5 Transmissor /23

FIGURA 6 Transdutor /23

FIGURA 7 Controlador /23

FIGURA 8 Elemento final de controle /24

FIGURA 9 Sinais utilizados nos fluxogramas de processo /25

FIGURA 10 Smbolos de instrumentos utilizados

nos fluxogramas de processo /25

FIGURA 11 Sistema fieldbus /30

FIGURA 12 Diagrama das escalas /32

FIGURA 13 Tipos de tubos Bourdon /33

FIGURA 14 Manmetros de Bourdon tipo C /34

FIGURA 15 Manmetro de tubo em U /34

FIGURA 16 Manmetro de tubo inclinado e de reservatrio /35

FIGURA 17 Sensor capacitivo /36

FIGURA 18 Tira extensiomtrica /37

FIGURA 19 Tira extensiomtrica /37

FIGURA 20 Efeito piezoeltrico /37

FIGURA 21 Termmetros dilatao de lquido em recipiente de vidro /44

FIGURA 22 Termmetro dilatao de lquido em recipiente metlico /45

UNIDADE 4

FIGURA 23 Termmetro presso de gs /46

FIGURA 24 Termmetro bimetlico /47

FIGURA 25 Termopar /47

FIGURA 26 Efeito termoeltrico de Seebeck /48

FIGURA 27 Efeito termoeltrico de Peltier /49

FIGURA 28 Lei do circuito homogneo /49

FIGURA 29 Lei dos metais intermedirios /50

FIGURA 30 Lei das temperaturas intermedirias /51

FIGURA 31 Correlao entre temperatura e FEM /52

FIGURA 32 Correo da junta de referncia /57

FIGURA 33 Diferena entre as temperaturas das junes /58

FIGURA 34 Bulbos de resistncia /59

FIGURA 35 Rgua /62

FIGURA 36 Tanques para medio /62

FIGURA 37 Bia ou flutuador /63

FIGURA 38 Medio de nvel indireta /63

FIGURA 39 Supresso de zero /64

FIGURA 40 Medio em tanques pressurizados /65

FIGURA 41 Medio de nvel com selagem /65

FIGURA 42 Sistema de borbulhador /66

FIGURA 43 Medio de nvel por empuxo /67

FIGURA 44 Flutuador de forma cilndrica /67

FIGURA 45 Valores de altura de interface /68

FIGURA 46 Medio por capacitncia /68

FIGURA 47 Sonda de proximidade /68

FIGURA 48 Ultra-som /69

FIGURA 49 Nvel descontnuo por condutividade /70

FIGURA 50 Nvel descontnuo por bia /70

FIGURA 51 Tipos de medidores de vazo /72

FIGURA 52 Medio de vazo por presso diferencial /73

FIGURA 53 Rotmetro /74

FIGURA 54 Placa de orifcio /75

FIGURA 55 Tipos de orifcio /76

FIGURA 56 Tubo venturi /77

FIGURA 57 Medidor magntico de vazo /77

FIGURA 58 Medidor tipo turbina /78

FIGURA 59 Vlvula de controle /79

FIGURA 60 Vlvula globo /80

FIGURA 61 Vlvula borboleta /80

FIGURA 62 Atuador direto /81

FIGURA 63 Atuador indireto /81

FIGURA 64 Castelo normal /81

FIGURA 65 Castelo aletado /81

FIGURA 66 Castelo alongado /81

FIGURA 67 Castelo com foles de vedao /81

FIGURA 68 Sede simples /82

FIGURA 69 Sede dupla /82

FIGURA 70 Posicionador /83

FIGURA 71 Curva de reao /86

FIGURA 72 Curva de reao /86

FIGURA 73 Diagrama em blocos de uma malha de controle fechada /87

FIGURA 74 Controlador de ao direta /87

FIGURA 75 Controlador de ao inversa /88

FIGURA 76 Aes de uma vlvula de controle /88

FIGURA 77 Controle on-off /89

FIGURA 78 Posio da vlvula x varivel controlada no controle on-off /90

FIGURA 79 Posio da vlvula x varivel controlada no controle on-off

com zona diferencial /90

FIGURA 80 Faixa proporcional /92

FIGURA 81 Resposta de um controlador proporcional /93

FIGURA 82 Ajuste instvel /93

FIGURA 83 Oscilao contnua /94

FIGURA 84 Ajuste estvel /94

FIGURA 85 Controladores proporcional + integral /95

FIGURA 86 Controladores proporcional + derivativo /97

FIGURA 87 Comparao dos controladores proporcional, proporcional + integral,

e proporcional + integral + derivativo /98

FIGURA 88 Correo dos modos de controle /99

TABELAS

TABELA 1 Sistema de unidades geomtricas e mecnicas /30

TABELA 2 Converso de unidades /33

TABELA 3 Comparao de escalas /42

TABELA 4 Ponto de solidificao, de ebulio e faixa de uso /44

TABELA 5 Utilizao dos lquidos /45

TABELA 6 Identificao de termopares /57

QUADROS

QUADRO 1 Identificao de instrumentos de acordo com a Norma ISA-S5 /24

QUADRO 2 Identificao funcional dos instrumentos /26

Monitoramento e controle de processos

PETROBRAS ABASTECIMEN

TO

S E N A I

11....................

Apresentao

dinmica social dos tempos de globalizao exige atualizao

constante dos profissionais. Mesmo as reas tecnolgicas de ponta

ficam obsoletas em ciclos cada vez mais curtos, trazendo desafios,

renovados a cada dia, e tendo como conseqncia para a educao

a necessidade de encontrar novas e rpidas respostas.

Nesse cenrio, impe-se a educao continuada, exigindo que

os profissionais busquem atualizao constante durante toda a vida;

e os operadores das UNIDADES DE NEGCIOS DO SISTEMA PETROBRAS

incluem-se nessas novas demandas sociais.

preciso, pois, promover para esses profissionais as condies

que propiciem o desenvolvimento de novas aprendizagens, favo-

recendo o trabalho de equipe, a pesquisa e a iniciativa, entre ou-

tros, ampliando suas possibilidades de atuar com autonomia, de

forma competente.

Seguindo essa linha de pensamento, o SENAI e a PETROBRAS

organizaram o curso QUALIFICAO BSICA DOS OPERADORES DAS UNI-

DADES DE NEGCIOS DO SISTEMA PETROBRAS. Seu objetivo principal

propiciar aos operadores em exerccio da funo condies de re-

ver conceitos, atualizar e/ou aperfeioar conhecimentos, visando

AA


TO

S E N A I

12....................

incluso do processo de certificao profissional e nacional da

PETROBRAS, que ocorrer na formao especfica.

Para realizar o curso, voc tem sua disposio, alm dos pro-

fessores e um ambiente de sala de aula apropriado, este material

didtico, tambm bastante til para orientar sua aprendizagem.

Nele, voc vai encontrar os temas a serem trabalhados durante

a realizao do curso. Por essa razo, importante ler, atentamen-

te, cada parte que compe o material, pois, assim, ter mais facili-

dade de acompanhar as aulas e organizar os conhecimentos adqui-

ridos. Lembramos, no entanto, que ser necessrio, ainda, que voc

tenha uma participao efetiva nas atividades de sala de aula, apre-

sentando suas idias, fazendo perguntas aos professores e demais

colegas, assim como ouvindo o que eles tm a dizer, pois tambm

atravs dessa troca de experincias que vamos aprendendo sem-

pre e cada vez mais.

EIDER PRUDENTE DE AQUINODiretor Gerente do Abastecimento

PETROBRAS

JOS MANUEL DE AGUIAR MARTINSDiretor-Geral

SENAI/DN



TO

S E N A I

13....................

Uma palavra inicialUma palavra inicial

APRESENTA0

unidade industrial, tambm chamada de rgo operacional, uma

instalao onde se realiza um conjunto de atividades e operaes que tem

como objetivo a transformao de matrias-primas em produtos. As uni-

dades industriais cujos processos transformam matrias-primas, tais como

metais, plsticos e outros, em produtos, como mquinas, ferramentas e

equipamentos para uso final do consumidor (carros, eletrodomsticos etc.),

so chamadas de fbricas ou unidades fabris. J aquelas cujos processos

tm fluidos, como matrias-primas e/ou produtos, so chamadas de in-

dstrias de processo.

Vista noturna de uma refinaria

AA


TO

S E N A I

14....................

Esse tipo de indstria utiliza equipamentos (estticos, dinmicos e el-

tricos) e seus acessrios, que compem os sistemas de uma unidade in-

dustrial. O funcionamento com qualidade dos processos industriais exige

um controle permanente, sendo necessrio manter constantes algumas

variveis ( presso, vazo, temperatura, nvel, pH, condutividade, veloci-

dade, umidade etc.).

Nesta publicao, apresentamos os principais equipamentos que com-

pem os sistemas de uma unidade industrial (estticos, dinmicos e el-

tricos) e seus acessrios. Para isso temos os seguintes objetivos:

Compreender a funo dos equipamentos estticos e dinmicos e seus

acessrios

Definir e classificar os equipamentos e seus acessrios

Compreender seus princpios de funcionamento

Reconhecer e identificar as caractersticas gerais dos equipamentos

Diferenciar os tipos atravs da identificao de caractersticas espec-

ficas relevantes

Analisar comparativamente as principais caractersticas dos diferen-

tes tipos

Reconhecer os termos usuais

Esperamos assim fornecer o conhecimento terico bsico para a com-

preenso dos problemas prticos enfrentados no dia-a-dia de uma unida-

de industrial, alm de desenvolver nos participantes desse curso uma vi-

so crtica e o auto-aprendizado.



TO

S E N A I

17....................

Aspectos geraisda rea de

instrumentao

Aspectos geraisda rea de

instrumentao

s processos industriais exigem controle na fabricao de seus produ-

tos. Estes processos so muito variados e abrangem diversos tipos de pro-

dutos, como, por exemplo, a fabricao dos derivados do petrleo, produ-

tos alimentcios, a indstria de papel e celulose etc.

Em todos estes processos absolutamente necessrio controlar e manter

constantes algumas variveis, tais como: presso, vazo, temperatura,

nvel, pH, condutividade, velocidade, umidade etc. Os instrumentos de

medio e controle permitem manter constantes as variveis do proces-

so, objetivando a melhoria em qualidade, o aumento em quantidade do

produto e a segurana.

No princpio da era industrial, o operrio atingia os objetivos citados

atravs de controle manual destas variveis, utilizando somente instrumen-

tos simples (manmetro, termmetro, vlvulas manuais etc.), e isto era su-

ficiente, por serem simples os processos. Com o passar do tempo, estes fo-

ram se complicando, exigindo um aumento da automao nos processos

industriais, atravs dos instrumentos de medio e controle. Enquanto isso,

os operadores iam se liberando de sua atuao fsica direta no processo e,

ao mesmo tempo, ocorria a centralizao das variveis em uma nica sala.

Devido centralizao das variveis do processo, podemos fabricar

produtos que seriam impossveis por meio do controle manual. Mas, para

atingir o nvel em que estamos hoje, os sistemas de controle sofreram gran-

des transformaes tecnolgicas, como: controle manual, controle mec-

nico e hidrulico, controle pneumtico, controle eltrico, controle eletr-

nico e atualmente controle digital.

Unidade 4

OO


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18....................

Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos: processos con-

tnuos e descontnuos. Em ambos os tipos devem-se manter as variveis

prximas aos valores desejados.

O sistema de controle que permite fazer isto se define como aquele que

compara o valor da varivel do processo com o valor desejado e toma uma

atitude de correo de acordo com o desvio existente, sem a interveno

do operador.

Para que se possa realizar esta comparao e conseqentemente a cor-

reo, necessrio que se tenha uma unidade de medida, uma unidade

de controle e um elemento final de controle no processo.

Este conjunto de unidades forma uma malha de controle, que pode ser

aberta ou fechada. Na Figura 1 vemos uma malha fechada, e na Figura 2,

uma malha de controle aberta.

FIGURA 1 MALHA DE CONTROLE FECHADA

FIGURA 2 MALHA DE CONTROLE ABERTA

Unidade demedidaProcesso

Elemento finalde controle

Unidade decontrole

Unidade demedidaProcesso

Indicao

4Monitoramento e controle de processos


TO

S E N A I

19....................

TerminologiaOs instrumentos de controle empregados na indstria de processos (qu-

mica, siderrgica, papel etc.) tm sua prpria terminologia. Os termos

utilizados definem as caractersticas prprias de medida e controle dos

diversos instrumentos: indicadores, registradores, controladores, transmis-

sores e vlvulas de controle.

A terminologia empregada unificada entre os fabricantes, os usuri-

os e os organismos que intervm direta ou indiretamente no campo da

instrumentao industrial.

FAIXA DE MEDIDA (range)Conjunto de valores da varivel medida que esto compreendidos dentro

do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmisso

do instrumento. Expressa-se determinando os valores extremos.

ALCANCE (span) a diferena algbrica entre o valor superior e o inferior da faixa de me-

dida do instrumento.

ERRO a diferena entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em rela-

o ao valor real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime

permanente, chamaremos de erro esttico, que poder ser positivo ou ne-

gativo, dependendo da indicao do instrumento, o qual poder estar in-

dicando a mais ou menos. Quando tivermos a varivel alterando seu va-

lor ao longo do tempo, teremos um atraso na transferncia de energia do

EXEMPLO

100 a 500m3 0 a 20psi

EXEMPLO

Em um instrumento comrange de 100 a 500m3, seuspan de 400m3


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S E N A I

20....................

meio para o medidor. O valor medido estar geralmente atrasado em re-

lao ao valor real da varivel. Esta diferena entre o valor real e o valor

medido chamada de erro dinmico.

EXATIDOPodemos definir como a aptido de um instrumento de medio para dar

respostas prximas a um valor verdadeiro. A exatido pode ser descrita

de trs maneiras:

Percentual do Fundo de Escala (% do FE)

Percentual do Span (% do span)

Percentual do Valor Lido (% do VL)

RANGEABILIDADE (largura de faixa) a relao entre o valor mximo e o valor mnimo, lidos com a mesma

exatido na escala de um instrumento.

EXEMPLO

Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250oCe valor medindo 100oC, determine o intervalo provveldo valor real para as seguintes condies :

Exatido 1% do Fundo de EscalaValor real = 100C (0,01 x 250) = 100C 2,5C

Exatido 1% do SpanValor real = 100C (0,01 x 200) = 100C 2,0C

Exatido 1% do Valor Lido (Instantneo)Valor real = 100C (0,01 x 100) = 100C 1,0C

EXEMPLO

Para um sensor de vazo cuja escala 0 a 300gpm (gales porminuto), com exatido de 1% do span e rangeabilidade 10:1,a exatido ser respeitada entre 30 e 300gpm



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21....................

ZONA MORTA a mxima variao que a varivel pode ter sem que provoque alterao

na indicao ou sinal de sada de um instrumento.

SENSIBILIDADE a mnima variao que a varivel pode ter, provocando alterao na

indicao ou sinal de sada de um instrumento.

HISTERESE o erro mximo apresentado por um instrumento para um mesmo valor

em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a varivel percorre toda

a escala nos sentidos ascendente e descendente.

Expressa-se em percentagem do span do instrumento.

Deve-se destacar que a expresso zona morta est includa na histerese.

EXEMPLO

Um instrumento com range de 0 a 200C e umazona morta de:

1000,01% = 0,1 x 200 = 0,2C

EXEMPLO

Um instrumento com range de 0 a 500C e comuma sensibilidade de 0,05% ter valor de:

1000,05% = 500 = 0,25C

EXEMPLO

Num instrumento com range de 50C a100C, sendo sua histerese de 0,3%,o erro ser 0,3% de 150C = 0,45C


TO

S E N A I

22....................

FIGURA 3 INDICADOR

REPETIBILIDADE a mxima diferena entre diversas medidas de um mesmo valor da va-

rivel, adotando sempre o mesmo sentido de variao. Expressa-se em per-

centagem do span do instrumento. O termo repetibilidade no inclui a

histerese.

FUNES DE INSTRUMENTOSPodemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instru-

mentao de acordo com a funo que desempenham no processo.

Instrumento que dispe de um

ponteiro e de uma escala gra-

duada na qual podemos ler o

valor da varivel. Existem tam-

bm indicadores digitais que

mostram a varivel em forma

numrica com dgitos ou bar-

ras grficas, como podemos

observar na Figura 3.

Instrumento que registra a varivel

atravs de um trao contnuo ou

pontos em um grfico, como pode-

mos observar na Figura 4.

A Figura 5 apresenta um instrumen-

to que determina o valor de uma va-

rivel no processo atravs de um ele-

mento primrio, tendo o mesmo sinal

de sada (pneumtico ou eletrnico),

cujo valor varia apenas em funo da

varivel do processo.

INDICADOR

REGISTRADOR FIGURA 4 REGISTRADOR

TRANSMISSOR



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23....................

Temos na Figura 6 um instrumento que recebe informaes na forma de

uma ou mais quantidades fsicas, modifica, caso necessrio, estas infor-

maes e fornece um sinal de sada resultante. Dependendo da aplicao,

o transdutor pode ser um elemento primrio, um transmissor ou outro dis-

positivo. O conversor um tipo de transdutor que trabalha apenas com

sinais de entrada e sada padronizados.

A Figura 7 mostra um instrumen-

to que compara a varivel contro-

lada com um valor desejado e

fornece um sinal de sada a fim

de manter a varivel controlada

em um valor especfico ou entre

valores determinados. A varivel

pode ser medida diretamente

pelo controlador ou indiretamen-

te atravs do sinal de um trans-

missor ou transdutor.

TRANSDUTOR

FIGURA 5 TRANSMISSOR FIGURA 6 TRANSDUTOR

CONTROLADOR FIGURA 7 CONTROLADOR


TO

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24....................

Observe na Figura 8 esse instru-

mento. Ele modifica diretamen-

te o valor da varivel manipula-

da de uma malha de controle.

Alm dessas denomina-

es, os instrumentos podem

ser classificados em instrumen-

tos de painel, campo, prova

de exploso, poeira, lquido

etc. Combinaes dessas clas-

sificaes so efetuadas for-

mando instrumentos de acor-

do com as necessidades.

Identificao de instrumentos

As normas de instrumentao estabelecem smbolos, grficos e codifica-

o para identificao alfanumrica de instrumentos ou funes progra-

madas, que devero ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de

projetos de instrumentao. De acordo com a norma ISA-S5, cada instru-

mento ou funo programada ser identificado por um conjunto de letras

que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que indica

a malha qual o instrumento ou funo programada pertence.

Eventualmente, para completar a identificao, poder ser acrescido

um sufixo. O Quadro 1 mostra um exemplo de instrumento identificado

de acordo com a norma preestabelecida.

ELEMENTO FINAL DE CONTROLE FIGURA 8 ELEMENTO FINAL DE CONTROLE

QUADRO 1 IDENTIFICAO DE INSTRUMENTOS

De acordo com a Norma ISA-S5

P = Varivel medida PressoR = Funo passiva ou de informao RegistradorC = Funo ativa ou de sada Controlador

001 = rea de atividade onde o instrumento atua02 = Nmero seqencial da malhaA = Sufixo

P R C 001 02 A

Varivel Funo rea da atividade N seqencial da malha

Sufi

xo

Identificao funcional Identificao da malha

Identificao do instrumento



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S E N A I

25....................

FIGURA 9 SINAIS UTILIZADOS NOS FLUXOGRAMAS DE PROCESSO

FIGURA 10 SMBOLOS DE INSTRUMENTOS

Utilizados nos fluxogramas de processo

As simbologias apresentadas nas Figuras 9 e 10 so utilizadas em flu-

xogramas de processo e engenharia e seguem a Norma ANSI/ISA-S5.1.

Suprimento ouimpulso

Sinal pneumtico

Sinal hidrulico

Sinal eletromagnticoou snico guiado

Ligao por software

Sinal binriopneumtico

Sinal no-definido

Sinal eltrico

Tubo capilar

Sinal eletromagnticoou snico no-guiado

Ligao mecnica

Sinal binrio eltrico

Instrumentosdiscretos

Instrumentoscompartilhados

Computador deprocesso

Controladorlgico programvel

Instrumentos Painel principalacessvel ao

operador

Montado nocampo

Painel auxiliaracessvel ao

operador

Painel auxiliarno-acessvelao operador


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26....................

QUADRO 2 IDENTIFICAO FUNCIONAL DOS INSTRUMENTOS

EXEMPLO

T = TemperaturaF = Vazo

Como se nota no Quadro 2, pode-se obter combinaes possveis de

acordo com o funcionamento dos dispositivos automticos.

R = RegistradorV = Vlvula

P = PressoL = Nvel

I = IndicadorG = Visor

PRIMEIRA LETRA LETRAS SUCESSIVASVarivelmedida

Letra demodificao

Funo deleitura passiva

Funode sada

Letra demodificao

Analisador Alarme AlarmeA

Queimador (chama) Boto de pressoB

ControladorC Condutibilidadeeltrica

DiferencialD Densidade oupeso especfico

Elemento primrioE Tenso (Fem)

RelaoF Vazo

VisorG Medida dimensional

Entrada manualH Comando manual

Indicao ouIndicador

I Corrente eltrica

VarreduraJ Potncia

Clculos emsistema digital

K Tempo ouprograma

Lmpada piloto BaixoL Nvel

Mdia Mdio ouintermedirio

M Umidade

N Vazo molar

O Orifcio ou restrio

Percentual Tomada de impulsoP Presso

IntegraoQ Quantidade

RegistradorR Remoto

Velocidade/Chave de segurana

Interruptor ouchave

S Velocidade oufreqncia

TransmissoTransmissor

T Temperatura

Clculo feito porcomputador

Multifuno MultifunoU Multivarivel

VlvulaV Vibrao

PooW Peso ou fora

Solenide /Conversor de sinal

Rel oucomputador

X ou Y Escolha do usurio

El. final decontrole

Z Posio /Deslocamento

Alto



TO

S E N A I

27....................

Principais sistemas de medidasOs sistemas podem ser classificados quanto natureza de suas unidades

fundamentais, quanto ao valor dessas unidades e tambm quanto s re-

laes escolhidas na determinao dos derivados.

Os principais sistemas so:

SISTEMA MTRICO DECIMAL

Tem como unidadesfundamentais o metro,

o quilograma e o segundo (MKS)

SISTEMA FSICO OU CEGESIMAL

Tem como unidadesfundamentais o centmetro,o grama e o segundo (CGS)

SISTEMA INDUSTRIAL FRANCS

Tem como unidades fundamentaiso metro, a tonelada e o segundo

(MTS), definidas em funodo sistema mtrico decimal

SISTEMA INGLS

Tem como unidadesfundamentais o p (foot),

a libra (pound) eo segundo (second)

TelemetriaChamamos de telemetria a tcnica de transportar medies obtidas no

processo a distncia, em funo de um instrumento transmissor.

A transmisso a distncia dos valores medidos est to intimamente re-

lacionada com os processos

contnuos, que a necessidade e

as vantagens da aplicao da

telemetria e do processamen-

to contnuo se entrelaam.

Um dos fatores que se des-

tacam na utilizao da teleme-

tria a possibilidade de cen-

tralizar instrumentos e contro-

les de um determinado proces-

so em painis de controle ou

em uma sala de controle.

VANTAGENS DA TELEMETRIA

Os instrumentos agrupados podem serconsultados mais fcil e rapidamente,possibilitando operao uma visoconjunta do desempenho da unidade

Podemos reduzir o nmero de operadores comsimultneo aumento da eficincia do trabalho

Cresce, consideravelmente, a utilidade e aeficincia dos instrumentos em face daspossibilidades de pronta consulta, manutenoe inspeo, em situao mais acessvel,mais protegida e mais confortvel


TO

S E N A I

28....................

Transmissores

Os transmissores so instrumentos que medem uma varivel do processo

e a transmitem, a distncia, a um instrumento receptor, indicador, regis-

trador, controlador ou a uma combinao destes. Existem vrios tipos de

sinais de transmisso: pneumticos, eltricos, hidrulicos e eletrnicos.

TRANSMISSO PNEUMTICAEm geral, os transmissores pneumticos geram um sinal pneumtico va-

rivel, linear, de 3 a 15psi (libras fora por polegada ao quadrado) para uma

faixa de medidas de 0 a 100% da varivel. Esta faixa de transmisso foi

adotada pela SAMA (Scientific Apparatur Makers Association), Associa-

o de Fabricantes de Instrumentos, e pela maioria dos fabricantes de

transmissores e controladores dos Estados Unidos. Podemos, entretanto,

encontrar transmissores com outras faixas de sinais de transmisso. Por

exemplo: de 20 a 100kPa.

Nos pases que utilizam o sistema mtrico decimal, adotam-se as fai-

xas de 0,2 a 1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15psi.

O alcance do sinal no sistema mtrico cerca de 5% menor que o si-

nal de 3 a 15psi. Este um dos motivos pelos quais devemos calibrar os

instrumentos de uma malha (transmissor, controlador, elemento final de

controle etc.), sempre utilizando uma mesma norma.

Note-se que o valor mnimo do sinal pneumtico tambm no zero, e

sim 3psi ou 0,2kgf/cm2. Deste modo, conseguimos calibrar corretamente

o instrumento, comprovando sua correta calibrao e detectando vazamen-

tos de ar nas linhas de transmisso.

Percebe-se que, se tivssemos um transmissor pneumtico de tempe-

ratura de range de 0 a 2000C e o mesmo mantivesse o bulbo a 00C e um

sinal de sada de 1psi, este estaria descalibrado.

Se o valor mnimo de sada fosse 0psi, no seria possvel fazermos esta

comparao rapidamente. Para que pudssemos detect-lo, teramos de

esperar um aumento de temperatura para que tivssemos um sinal de sada

maior que 0 (o qual seria incorreto).

TRANSMISSO ELETRNICAOs transmissores eletrnicos geram vrios tipos de sinais em painis, sendo

os mais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. Temos estas discre-

pncias nos sinais de sada entre diferentes fabricantes, porque tais ins-



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29....................

trumentos esto preparados para uma fcil mudana do seu sinal de sa-

da. A relao de 4 a 20 mA, 1 a 5 V est na mesma relao de um sinal de

3 a 15psi de um sinal pneumtico.

O zero vivo utilizado, quando adotamos o valor mnimo de 4 mA,

oferece a vantagem tambm de podermos detectar uma avaria (rompi-

mento dos fios), que provoca a queda do sinal, quando ele est em seu

valor mnimo.

PROTOCOLO HART (Highway Adress Remote Transducer)Consiste num sistema

que combina o padro

4 a 20 mA com a comu-

nicao digital. um

sistema a dois fios com

taxa de comunicao de

1.200 bits/s (BPS) e mo-

dulao FSK (Frequency

Shift Keying). O Hart

baseado no sistema mestre/escravo, permitindo a existncia de dois mes-

tres na rede simultaneamente.

As desvantagens so que existe uma limitao quanto velocidade de

transmisso das informaes e a falta de economia de cabeamento (pre-

cisa-se de um par de fios para cada instrumento).

FIELDBUS um sistema de comunicao digital bidirecional, que interliga equipa-

mentos inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipa-

mentos localizados na sala de controle, como mostra a Figura 11.

Este padro permite comunicao entre uma variedade de equipamen-

tos, tais como: transmissores, vlvulas, controladores, CLP etc. Eles podem

ser de fabricantes diferentes (interoperabilidade) e ter controle distribu-

do (cada instrumento tem a capacidade de processar um sinal recebido e

enviar informaes a outros instrumentos para correo de uma varivel

presso, vazo, temperatura etc.).

Uma grande vantagem a reduo do nmero de cabos do controla-

dor aos instrumentos de campo. Apenas um par de fios o suficiente para

a interligao de uma rede fieldbus, como se pode observar na Figura 11.

VANTAGENS DO PROTOCOLO HART

Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA epara a comunicao digital

Usa o mesmo tipo de cabo empregado nainstrumentao analgica

Dispe de equipamentos de vrios fabricantes


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TABELA 1 SISTEMA DE UNIDADES GEOMTRICAS E MECNICAS

Comprimento

FIGURA 11 SISTEMA FIELDBUS

Na Tabela 1, voc encontrar alguns sistemas de unidades geomtri-

cas e mecnicas que o ajudaro na aplicao de alguns conceitos bsicos.

L L centmetro (cm) metro (m)mcron () = 106mangstrom(A) = 1010m

metro (m) foot (ft) =1/3 Yd = 12 in =30,48 cm

GRANDEZAS DEFINIO DIMENSO FSICO (CGS) DECIMAL (MKS) GRAVITATRIO (MKFS) PRTICO INGLS

Massa M M grama (g) quilograma (kg) (9,81 kg) (32,174 pd)

Tempo t t segundo (seg) segundo (seg) segundo (seg) second (sec)

Superfcie S2 S2 cm2 m2 m2 square-foot = 929cm2square-inch = 6,45cm2

Volume V3 V3 cm3 m3 m3 cubic-foot = 28.317cm3cubic-inch = 16,39cm3

Velocidade v = LT1 cm/seg m/seg m/seg1m/seg = 197 ft/min

foot per second (ft/sec)ft/min = 0,5076 cm/s

Acelerao LT2 cm/seg2 m/seg3 m/seg2 ft/sec2y =

Fora M L T2 dina (d)(m = 1g:y = 1cm/ss)Megadina (M)= 10g dinas

GiorgiNewton (n)(m = 1kg; y = 1m/seg2)= 105 d

quilograma-fora(kgf)(m = 1kg; y = 9,81m/ seg2)x 103 x 981 = dinasx 10-3 x 9,81 = sth

pound (pd)(m = 1pd; y = 32,174 ft/sec2)= 0,4536kgf = 444981d= 7000 grains

F = m y

Trabalho M S2 T3 erg(F = 1 d; e = 1cm)

Joule (j)(F = 1n; e = 1m)= 102 ergs

quilogrmetro (kgm)(F = 1kgf; e = 1m)= 9,81 joules

foot-pound (ft.pd)(f = 1 pd; e = 1 ft)= 0,1383kgm = 1,3563 j

= F x e

Potncia M S2 T3 erg/seg( = 1 erg; t = 1seg)

Watt (w)( = 1j; 1 = 1seg)= 102 ergs/seg= 44,8 ft. pd/min

kgm/segCavalo-vapor (C.V.)= 75 kgm/seg= 736 watts

foot pound per secondHorse Power (HP)= 76kgm/seg (75)= 33000 ft.pd/min

w =t

te

tv

Presso M L1 T2 bria(F = 1 d; S2 = 1 cm2)Bar = 109 brias(F = 1M; s2 = 1cm2)

PascalF = 1n; S2 = 1m2)= 10 brias

kgf/cm2 = 1000 gf/cm2kgf/m2atm = 1033 gf/cm2(em Hg = 76cm)

pd/in2 = 70.308 gf/cm2pd/ft2atm = 11.692 pd/in2

P =AF

ESTAO DE MANUTENOESTAO DE OPERAO

FEEDBACKALARME

FEEDBACK SADA

DADOS DEDIAGNSTICO



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Medio de pressoMedio de presso

Unidade 4

PRESSO ATMOSFRICA

a presso exercidapela atmosfera

terrestre medidaem um barmetro.

No nvel do maresta presso

aproximadamentede 760mmHg

PRESSO RELATIVA PRESSO ABSOLUTA

a presso medidaem relao

presso atmosfrica,tomada como

unidade de referncia

a soma da pressorelativa e atmosfrica.Tambm se diz que

medida a partir dovcuo absoluto

EXEMPLO

3kgf/cm2 ABS

4kgf/cm2Presso Absoluta

Presso Relativa

IMPORTANTE

Ao se exprimir um valor de presso,deve-se determinar se a presso relativa ou absoluta. O fato de se

omitir esta informao na indstriasignifica que a maior parte dos

instrumentos mede presso relativa

edio de presso o mais importante padro de medida, pois as me-

didas de vazo, nvel etc. podem ser feitas utilizando-se esse processo.

Presso definida como uma fora atuando em uma unidade de rea.

MM

AP = F P = Presso F = Fora A = rea


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PRESSO NEGATIVA OU VCUO

quando umsistema tem pressorelativa menor que apresso atmosfrica

PRESSO DIFERENCIAL

a diferena entreduas presses,

representada pelosmbolo P (delta P).

Essa diferenade presso

normalmente utilizada para

medir vazo, nvel,presso etc.

PRESSO ESTTICA

o peso exercido porum lquido em repousoou que esteja fluindoperpendicularmente

tomada de impulso,por unidade

de rea exercida

FIGURA 12 DIAGRAMA DAS ESCALAS

UNIDADES DE PRESSO

Como existem muitas unidades de presso, necessrio saber a correspondncia

entre elas, pois nem sempre na indstria temosinstrumentos padres com todas as unidades.

Para isso necessrio saber fazer a converso,de acordo com a Tabela 2 da pgina ao lado

EXEMPLO

Como fazer a converso de psi para kgf/cm2

10 psi = ? kgf/cm2

1 psi = 0,0703kgf/cm2

10 x 0,0703 = 0,703kgf/cm2

PRESSO ABSOLUTA

PRESSO RELATIVA

PRESSO ATMOSFRICA

VCUO ABSOLUTO

VCUO

PRESSO DINMICA OU CINTICA

a presso exercidapor um fluido em

movimento. medidafazendo-se a tomada

de impulso de talforma que receba o

impacto do fluxo



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Dispositivos para medio de pressoO instrumento mais simples para se medir presso o manmetro, que pode

ter vrios elementos sensveis, utilizados tambm por transmissores e con-

troladores. Vamos ento ao estudo de alguns tipos de elementos sensveis.

Tubo de Bourdon

Consiste geralmente em um tubo com seo oval, disposto na forma de arco

de circunferncia, tendo uma extremidade fechada e a outra aberta pres-

so a ser medida. Com a presso agindo em seu interior, o tubo tende a

tomar uma seo circu-

lar, resultando num mo-

vimento em sua extre-

midade fechada. Esse

movimento atravs da

engrenagem transmi-

tido a um ponteiro que

vai indicar uma medida

de presso.

Quanto ao formato, o

tubo de Bourdon pode

se apresentar nas se-

guintes formas: tipo C,

espiral e helicoidal, con-

forme a Figura 13.

TABELA 2 CONVERSO DE UNIDADES

PSIKPA

PSI KPA POL H2O mm H2O POL Hg mm HG BARS mBARS kgf/cm2 gf/cm2

1,0000

0,1450

6,8947

1,0000

27,7020

4,0266

705,1500

102,2742

2,0360

0,2953

51,7150

7,5007

0,0689

0,0100

68,9470

10,0000

0,07030

0,01020

70,3070

10,1972

POL H2O 0,0361 0,2483 1,0000 25,4210 0,0734 1,8650 0,0025 2,4864 0,00250 2,5355mm H2O 0,0014 0,0098 0,0394 1,0000 0,0028 0,0734 0,0001 0,0979 0,00001 0,0982POL Hg 0,4912 3,3867 13,6200 345,9400 1,0000 25,4000 0,0339 33,8640 0,03450 34,5320mm HG 0,0193 0,1331 0,5362 13,6200 0,0394 1,0000 0,0013 1,3332 0,00140 1,3595BARS 14,5040 100,0000 402,1800 10215,0000 29,5300 750,0600 1,0000 1000,0000 1,01970 1019,7000mBARS 0,0145 0,1000 0,4022 10,2150 0,0295 0,7501 0,0010 1,0000 0,00100 1,0197kgf/cm2 14,2230 97,9047 394,4100 10018,0000 28,9590 735,5600 0,9000 980,7000 1,00000 1000,0000gf/cm2 0,0142 0,0979 0,3944 10,0180 0,0290 0,7356 0,0009 0,9807 0,00100 1,0000

FIGURA 13 TIPOS DE TUBOS BOURDON

Tipo HelicoidalTipo EspiralTipo C


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Com o avano da tecnologia, os

manmetros de Bourdon helicoidal

e espiral caram em desuso.

Devido ao baixo custo e boa

preciso, os manmetros de Bour-

don tipo C, apresentados na Figu-

ra 14, so os mais utilizados at

hoje nas indstrias. Ao se aplicar

uma presso superior atmosfri-

ca, o tubo muda seu formato para

uma seo transversal mais circu-

lar. Nos manmetros que utilizam

o Bourdon tipo C, devido ao pe-

queno movimento realizado por

sua extremidade livre quando submetida presso em medio, neces-

sria a utilizao de um mecanismo para amplificao deste movimento.

Este mecanismo de amplificao empregado nos manmetros chamado

de mquina. Os materiais mais usados nos Bourdons so o ao-liga, ao ino-

xidvel ou bronze fosforoso, que variam de acordo com o tipo de produto a

ser medido e so recomendados pelo fabricante. A faixa de aplicao varia

de 1kgf/cm2 de vcuo at 2.000kgf/cm2 de sobrepresso. Por recomendao

do fabricante, a faixa da escala que possui maior preciso de medio a faixa

compreendida entre 1/3 e 2/3 da escala.

Coluna de lquido

Consiste, basicamente, num tubo de vi-

dro, contendo certa quantidade de lqui-

do, fixado a uma base com uma escala

graduada. As colunas podem ser de trs

tipos: coluna reta vertical, reta inclinada

e em forma de U. Os lquidos mais utili-

zados nas colunas so: gua (normalmen-

te com um corante) e mercrio. Quando

se aplica uma presso na coluna, o lqui-

do deslocado (observe as Figuras 15 e

16), sendo este deslocamento proporcio-

nal presso aplicada.

FIGURA 14 MANMETROS DE BOURDON

Tipo C

FIGURA 15 MANMETRO

De tubo em U

VEJA A FRMULA

P1 P2 = h . dr

h = altura da coluna deslocada = valor da presso medida

P1 P2

h

0

1

2

ESCALA

PONTEIRO

TUBO DEBOURDON

COROA/PINHO

PRESSO MEDIDA



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Tipo capacitivo

A principal caracterstica dos sensores capacitivos a completa elimina-

o dos sistemas de alavancas na transferncia da fora/deslocamento

entre o processo e o sensor.

Este tipo de sensor resume-se na deformao, diretamente pelo proces-

so de uma das armaduras do capacitor. Tal deformao altera o valor da

capacitncia total, que medida por um circuito eletrnico.

Esta montagem, se, de um lado, elimina os problemas mecnicos das partes

mveis, de outro, expe a clula capacitiva s rudes condies do processo,

principalmente temperatura do processo. Este inconveniente pode ser su-

perado atravs de circuitos compensatrios de temperatura, montados junto

ao sensor. Observe um sensor capacitivo na Figura 17, a seguir.

FIGURA 16 MANMETRO DE TUBO INCLINADO E DE RESERVATRIO

CARACTERSTICAS DE UM SENSOR CAPACITIVO

ALTA PRECISO

Quartzo 0,05% do fim de escala

Ao inoxidvel 0,11% do fim de escala

Limitada devido expanso trmica do ao

P2

P1

REA A1

REA A2

h

X

LINHADE ZERO

L

P1

P2

h

LINHADE ZERO

REA A1

REA A2

0C


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O sensor formado pelos seguintes componentes:

Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido

Dieltrico formado pelo leo de enchimento (silicone ou fluorube)

Armadura mvel (diafragma sensor)

A diferena de presso entre as cmaras de alta (high) e de baixa pres-

so (low) produz uma fora no diafragma isolador que transmitida pelo

lquido de enchimento.

A fora atinge a armadura flexvel (diafragma sensor), provocando sua

deformao e alterando, portanto, o valor das capacitncias formadas pelas

armaduras fixas e a armadura mvel. Esta alterao medida pelo circui-

to eletrnico, que gera um sinal proporcional variao de presso apli-

cada cmara da cpsula de presso diferencial capacitiva.

Tipo STRAIN GAUGE

Baseia-se no princpio de variao da resistncia de um fio, mudando-se

as suas dimenses.

O sensor consiste em um fio firmemente colado sobre uma lmina de

base, dobrando-se to compacto quanto possvel. Esta montagem deno-

mina-se tira extensiomtrica, como se pode ver nas Figuras 18 e 19.

Uma das extremidades da lmina fixada em um ponto de apoio rgido,

enquanto a outra extremidade ser o ponto de aplicao da fora. Da fsica

FIGURA 17 SENSOR CAPACITIVO

DIAFRAGMA SENSOR

DIAFRAGMA ISOLADOR

FLUIDO DE ENCHIMENTO

CERMICA

SUPERFCIE METALIZADA

VIDRO

AO

PROCESSO PROCESSO



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tradicional sabemos que Presso = Fora/

rea. Portanto, ao inserirmos uma presso na

cmara de um sensor strain gauge, sua l-

mina sofre uma deformao proveniente

desta fora aplicada. Esta deformao alte-

ra o comprimento do fio fixado na lmina,

provocando mudana em sua resistncia.

A faixa de aplicao deste sensor varia de 2

de H2O a 200.000psi, e sua preciso gira em

torno de 0,1% a 2% do fim de escala.

Tipo piezoeltrico

Os elementos piezoeltricos so cristais,

como o quartzo, a turmalina e o titanato, que

acumulam cargas eltricas em certas reas

da estrutura cristalina, quando sofrem uma

deformao fsica, por ao de uma presso.

So elementos pequenos e de construo

robusta, e seu sinal de resposta linear com

a variao de presso, sendo capazes de for-

necer sinais de altssimas freqncias.

O efeito piezoeltrico um fenmeno

reversvel. Se for conectado a um potenci-

al eltrico, resultar em uma corresponden-

te alterao da forma cristalina. Este efeito

altamente estvel e exato, sendo por isso

utilizado em relgios de preciso.

A carga devida alterao da forma

gerada sem energia auxiliar, uma vez que

o quartzo um elemento transmissor ativo.

Esta carga conectada entrada de um

amplificador e indicada ou convertida em um sinal de sada, para trata-

mento posterior. Observe a Figura 20. Como vantagem, esse efeito apre-

senta uma relao linear Presso x Voltagem produzida e ideal para lo-

cais de freqentes variaes de presso. Sua principal desvantagem o

fato de, em condies estticas, apresentar reduo gradativa de poten-

cial, alm de ser sensvel variao de temperatura.

FIGURA 18 TIRA EXTENSIOMTRICA

FIGURA 19 TIRA EXTENSIOMTRICA

FIGURA 20 EFEITO PIEZOELTRICO

FIOSOLIDARIO

BASE

L X NMERODE VOLTAS

LMINA DE BASE

FIO SOLIDRIO BASE

PONTO DEAPLICAO DA FORA

LMINA DEBASE

(FLXVEL)

F

PRESSO

CRISTAL

LQUIDO DEENCHIMENTO

DIAFRAGMA

AMPLIFICADOR

Tome NotaTome Nota



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39....................

objetivo de se medirem e controlarem as diversas variveis fsicas em

processos industriais obter produtos de alta qualidade, com melhores

condies de rendimento e segurana, a custos compatveis com as neces-

sidades do mercado consumidor.

Nos diversos segmentos de mercado, seja qumico, petroqumico, side-

rrgico, cermico, farmacutico, vidreiro, alimentcio, papel e celulose,

hidreltrico, nuclear entre outros, a monitorao da varivel temperatura

fundamental para a obteno do produto final especfico.

ConceitoTermometria significa medio de temperatura. Eventualmente, alguns

termos so utilizados com o mesmo significado, porm, baseando-se na

etimologia das palavras, podemos definir:

Unidade 4

Mediode temperatura

Mediode temperatura

OO

Medio dealtas temperaturas,

na faixa onde osefeitos de radiao

trmica passama se manifestar

CRIOMETRIA TERMOMETRIA

Medio debaixas temperaturas,

ou seja, aquelasprximas aozero absoluto

de temperatura

Termo maisabrangente queincluiria tanto apirometria como

a criometria,que seriam casos

particulares demedio

PIROMETRIA


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Temperatura e calorTodas as substncias so constitudas de pequenas partculas, molculas

que se encontram em contnuo movimento. Quanto mais rpido o movi-

mento das molculas, mais quente se apresenta o corpo, e quanto mais

lento, mais frio. Ento define-se temperatura como o grau de agitao tr-

mica das molculas. Na prtica a temperatura representada em uma es-

cala numrica, onde quanto maior o seu valor, maior a energia cintica

mdia dos tomos do corpo em questo. Outros conceitos que se confun-

dem s vezes com o de temperatura so o de energia trmica e o de calor.

A energia trmica de um corpo osomatrio das energias cinticas dos

seus tomos e, alm de dependerda temperatura, depende tambmda massa e do tipo de substncia

ENERGIA TRMICA

Calor energia em trnsitoou a forma de energia que

transferida atravs da fronteirade um sistema em virtude

da diferena de temperatura

CALOR

RADIAO CONVECOCONDUO

A conduo umprocesso pelo qualo calor flui de uma

regio de altatemperatura para outrade temperatura maisbaixa, dentro de ummeio slido, lquidoou gasoso ou entre

meios diferentes emcontato fsico direto

A radiao umprocesso pelo qual

o calor flui deum corpo de altatemperatura para

um de baixa,quando os mesmos

esto separadosno espao, ainda

que exista umvcuo entre eles

A conveco umprocesso de transportede energia pela ao

combinada da conduode calor, armazenamento

de energia emovimento da mistura

At o final do sculo XVI, quando foi desenvolvido o primeiro disposi-

tivo para avaliar temperatura, os sentidos do nosso corpo foram os nicos

elementos de que dispunham os homens para dizer se um certo corpo es-

tava mais quente ou frio do que outro, apesar da inadequao destes sen-

tidos do ponto de vista cientfico.

A literatura geralmente reconhece trs meios distintos de transmisso

de calor: conduo, radiao e conveco.

ATEN0ATEN0A conveco maisimportante comomecanismo de

transferncia de energia(calor) entre umasuperfcie slida e

um lquidoou gs



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41....................

Escalas de temperaturaDesde o incio da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes

de termmetro sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma pa-

dronizada temperatura por meio de escalas reproduzveis, como existia

na poca, para peso, distncia e tempo.

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram a Fahrenheit e a Cel-

sius. A escala Fahrenheit definida atualmente com o valor 32 no ponto de

fuso do gelo e 212 no ponto de ebulio da gua. O intervalo entre estes dois

pontos dividido em 180 partes iguais, e cada parte um grau Fahrenheit.

A escala Celsius definida atualmente como o valor zero no ponto de

fuso do gelo e 100 no ponto de ebulio da gua. O intervalo entre os dois

pontos est dividido em 100 partes iguais, e cada parte um grau Celsius.

A denominao grau centgrado utilizada anteriormente no lugar de

grau Celsius no mais recomendada, devendo ser evitado o seu uso.

Tanto a escala Celsius como a Fahrenheit so relativas, ou seja, os seus

valores numricos de referncia so totalmente arbitrrios.

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substncia, atin-

gimos um ponto limite alm do qual impossvel ultrapassar, pela prpria

definio de temperatura. Este ponto, onde cessa praticamente todo mo-

vimento atmico, o zero absoluto de temperatura.

Atravs da extrapolao das leituras do termmetro a gs, pois os ga-

ses se liqefazem antes de atingir o zero absoluto, calculou-se a tempe-

ratura deste ponto na escala Celsius em -273,15C.

Existem escalas absolutas de temperatura, assim chamadas porque o

zero delas fixado no zero absoluto de temperatura.

Existem duas escalas absolutas atualmente em uso: a escala Kelvin e

a Rankine.

A escala Kelvin possui a mesma diviso da Celsius, isto , um grau

Kelvin igual a um grau Celsius, porm o seu zero se inicia no ponto

de temperatura mais baixa possvel, 273,15 graus abaixo do zero da

escala Celsius.

A escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvin,

porm sua diviso idntica da escala Fahrenheit. A representao das

escalas absolutas anloga das escalas relativas:

Kelvin 400K (sem o smbolo de grau ). Rankine 785R


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FAHRENHEIT PARA KELVINKELVIN PARA FAHRENHEIT

K 273 = F 3295

Converso de escalas

A Tabela 3 compara as escalas de temperaturas existentes.

TABELA 3 COMPARAO DE ESCALAS

Desta comparao podemos retirar algumas relaes bsicas entre as escalas:

ESCALAS DETEMPERATURA

PONTO DEEBULIO DA GUA

PONTO DEFUSO DA GUA

ZEROABSOLUTO

ESCALAS ABOLUTAS

Rankine

Kelvin

R

K

671,67R

373,15K

491,67R

273,15K

0

0

ESCALAS RELATIVAS

Celsius

Fahrenheit

C

F

100C

212F

0C

32F

-273,15C

-456,67F

RELAO ENTRE AS ESCALAS

FAHRENHEIT PARA CELSIUSCELSIUS PARA FAHRENHEIT

F C

C F

EXEMPLO

O ponto de ebulio do oxignio 182,86C.Exprimir esta temperatura em graus Kelvin e graus Fahrenheit:

Graus Celsius para graus Kelvin

Graus Celsius para graus Fahrenheit

C = F 325 9

F K

K F

CELSIUS PARA KELVINF K C = F 32 = K 27359

C = K 2735

182,86 = F 32 = 297,14F5 9

K = 273 + (182,86) = 90,14K



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43....................

Normas

Com o desenvolvimento tecnolgico diferente em diversos pases, criou-

se uma srie de normas e padronizaes, cada uma atendendo uma dada

regio. As mais importantes so:

NORMAS E PADRONIZAO

Medidores de temperatura pordilatao/expanso

Termmetro dilatao de lquido

Os termmetros dilatao de lquidos baseiam-se na lei de expanso

volumtrica de um lquido com a temperatura, dentro de um recipien-

te fechado.

Os tipos podem ser de vidro transparente ou de recipiente metlico. Va-

riar conforme sua construo:

TERMMETROS DILATAO DE LQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO constitudo de um reservatrio, cujo tamanho depende da sensibilida-

de desejada, soldada a um tubo capilar de seo, mais uniforme possvel,

fechado na parte superior.

O reservatrio e parte do capilar so preenchidos por um lquido. Na

parte superior do capilar existe um alargamento que protege o termme-

tro no caso de a temperatura ultrapassar seu limite mximo.

Aps a calibrao, a parede do tubo capilar graduada em graus ou

fraes deste. A medio de temperatura se faz pela leitura da escala no

ponto em que se tem o topo da coluna lquida.

Os lquidos mais usados so: mercrio, tolueno, lcool e acetona.

Nos termmetros industriais, o bulbo de vidro protegido por um poo

metlico, e o tubo capilar, por um invlucro metlico. A Tabela 4 apresenta

o ponto de solidificao e de ebulio desses lquidos, assim como as suas

faixas de uso.

AMERICANA

ANSI

ALEM

DIN

JAPONESA

JIS

INGLESA

BS

ITALIANA

UNI


TO

S E N A I

44....................

Mercrio

LQUIDO

No termmetro de mercrio, pode-se elevar o limite mximo at 550C,

injetando-se gs inerte sob presso, para evitar a vaporizao do mercrio.

Por ser frgil, impossvel registrar sua indicao ou transmiti-la a dis-

tncia. O uso deste termmetro mais comum em laboratrios ou em in-

dstrias, com a utilizao de uma proteo metlica. A Figura 21 mostra

alguns desses termmetros.

TABELA 4 PONTO DE SOLIDIFICAO, DE EBULIO E FAIXA DE USO

PONTO DESOLIDIFICAO (OC)

PONTO DEEBULIO (OC)

FAIXADE USO (OC)

-39 +357 -38 a 550

lcool etlico -115 +78 -100 a 70

Tolueno -92 +110 -80 a 100

FIGURA 21 TERMMETROS DILATAO

De lquido em recipiente de vidro

TERMMETRO DILATAO DE LQUIDO EM RECIPIENTE METLICONeste termmetro, o lquido preenche todo o recipiente e, sob o efeito de

um aumento de temperatura, se dilata, deformando um elemento exten-

svel (sensor volumtrico), como se observa na Figura 22.

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0

-30

-20

-10

0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100



TO

S E N A I

45....................

FIGURA 22 TERMMETRO DILATAO

De lquidoem recipientemetlico

Caractersticas dos elementos bsicos deste termmetro:

Suas dimenses variam de acor-

do com o tipo de lquido e prin-

cipalmente com a sensibilidade

desejada. A Tabela 5 mostra os

lquidos mais usados e sua faixa

de utilizao.

Suas dimenses so variveis, devendo o dimetro interno ser o menor

possvel, a fim de evitar a influncia da temperatura ambiente, e no ofe-

recer resistncia passagem do lquido em expanso.

O elemento usado o tubo de Bourdon. Normalmente so aplicados nas

indstrias em geral, para indicao e registro, pois permitem leituras re-

BULBO

Mercrio

LQUIDO

TABELA 5 UTILIZAO DOS LQUIDOS

FAIXA DE UTILIZAO (OC)

35 a +550

Xileno 40 a +400

Tolueno 80 a +100

lcool 50 a +150

CAPILARCAPILARCAPILARCAPILARCAPILAR

ELEMENTO DE MEDIO

PONTEIRO

SENSOR VOLUMTRICO

BRAO DE LIGAO

SETOR DENTADO

LQUIDO (MERCRIO, LCOOL ETLICO)

CAPILAR

BULBO


TO

S E N A I

46....................

motas e so os mais precisos dos sistemas mecnicos de medio de tem-

peratura. Porm, no so recomendveis para controle devido ao fato de

seu tempo de resposta ser relativamente grande (mesmo usando fluido tro-

cador de calor entre bulbo e poo de proteo para diminuir este atraso,

conforme Figura 23). O poo de proteo permite manuteno do term-

metro com o processo em operao.

Recomenda-se no dobrar o capilar com curvatura acentuada para que

no se formem restries que prejudicariam o movimento do lquido em

seu interior, causando problemas de medio.

Termmetros presso de gs

Princpio de funcionamento

Fisicamente idntico ao termme-

tro de dilatao de lquido, consta

de um bulbo, elemento de medi-

o e capilar de ligao entre es-

tes dois elementos.

O volume do conjunto cons-

tante e preenchido com um gs a

alta presso. Com a variao da

temperatura, o gs varia sua pres-

so, conforme aproximadamente a

lei dos gases perfeitos, com o ele-

mento de medio operando como

medidor de presso. Observa-se que as variaes de presso so linear-

mente dependentes da temperatura, sendo o volume constante.

Termmetros dilatao de slidos (termmetros bimetlicos)


Baseia-se no fenmeno da dilatao linear dos metais com a temperatura.

Caractersticas de construo

O termmetro bimetlico consiste em duas lminas de metais com coefici-

entes de dilatao diferentes sobrepostas, formando uma s pea. Varian-

do-se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que pro-

FIGURA 23 TERMMETRO PRESSO DE GS

CAPILAR

BOURDON

GS

BULBO



TO

S E N A I

47....................

FIGURA 25 TERMOPAR

porcional temperatura. Na prtica a l-

mina bimetlica enrolada em forma de

espiral ou hlice, como mostra a Figura 24,

o que aumenta bastante a sensibilidade.

O termmetro mais usado o de lmi-

na helicoidal, que consiste em um tubo

bom condutor de calor, no interior do qual

fixado um eixo. Este eixo, por sua vez,

recebe um ponteiro que se desloca sobre

uma escala.

A faixa de trabalho dos termmetros

bimetlicos vai aproximadamente de -50oC

a 800oC, sendo sua escala bastante linear.

Possui preciso na ordem de 1%.

Medio de temperatura com termopar

Um termopar consiste em dois condutores metlicos, de natureza distin-

ta, na forma de metais puros ou de ligas homogneas, conforme mostra a

Figura 25. Os fios so soldados em um extremo, ao qual se d o nome de

junta quente ou junta de medio. A outra extremidade dos fios levada

ao instrumento de medio de FEM (fora eletromotriz), fechando um cir-

cuito eltrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios que formam o

termopar se conectam ao instrumento de medio chamado de junta fria

ou de referncia.

O aquecimento da jun-

o de dois metais gera

o aparecimento de uma

FEM. Este princpio, co-

nhecido por efeito See-

beck, propiciou a utiliza-

o de termopares para

a medio de tempera-

tura. Nas aplicaes pr-

ticas o termopar apresen-

ta-se normalmente con-

forme a Figura 25.

FIGURA 24 TERMMETRO BIMETLICO

PONTEIRO INDICADOR

CAIXA

CONEXO

EIXO

ELEMENTOBIMETLICO

HASTE

ESCALA

JUNTA DEMEDIDA TERMOPAR

BLOCO DE LIGAO

CABO DEEXTENSO

JUNTA DEREFERNCIA

GRADIENTE DE TEMPERATURA

INSTRUMENTOINDICADOR OUCONTROLADOR


TO

S E N A I

48....................

Efeitos termoeltricos

Efeito termoeltrico de Seebeck

O fenmeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T. J. Seebeck,

quando ele notou que em um circuito fechado, formado por dois conduto-

res diferentes A e B, ocorre uma circulao de corrente enquanto existir

uma diferena de temperatura T entre as suas junes. Denominamos ajunta de medio de Tm, e a outra, junta de referncia de Tr.

A existncia de uma FEM trmica AB no circuito conhecida como efei-

to Seebeck. Quando a temperatura da junta de referncia mantida cons-

tante, verifica-se que a FEM trmica uma funo da temperatura Tm da

juno de teste.

Este fato permite utilizar um par termoeltrico como um termmetro,

conforme se observa na Figura 26.

O efeito Seebeck se produz pelo fato de os eltrons livres de um metal

diferirem de um condutor para outro, dependendo da temperatura. Quan-

do dois condutores

diferentes so co-

nectados para for-

mar duas junes e

estas se mantm a

diferentes tempera-

turas, a difuso dos

eltrons nas jun-

es se produz a rit-

mos diferentes.

Efeito termoeltrico de Peltier

Em 1834, Peltier descobriu que, dado um par termoeltrico com ambas as

junes mesma temperatura, se, mediante uma bateria exterior, produz-

se uma corrente no termopar, as temperaturas das junes variam em uma

quantidade no inteiramente devida ao efeito Joule. Esta variao adicio-

nal de temperatura o efeito Peltier, que se produz tanto pela corrente pro-

porcionada por uma bateria exterior como pelo prprio par termoeltrico,

como est demonstrado na Figura 27. O coeficiente Peltier depende da

temperatura e dos metais que formam uma juno, sendo independente

FIGURA 26 EFEITO TERMOELTRICO DE SEEBECK

A (+)

Tm Tr

B ()



TO

S E N A I

49....................

da temperatura da

outra juno. O ca-

lor Peltier revers-

vel. Quando se inver-

te o sentido da cor-

rente, permanecen-

do constante o seu

valor, o calor Peltier

o mesmo, porm

em sentido oposto.

Leis termoeltricasFundamentados nos efeitos descritos anteriormente e nas leis termoel-

tricas, podemos compreender todos os fenmenos que ocorrem na medi-

da de temperatura com estes sensores.

Lei do circuito homogneo

A FEM termal, desenvolvida em um circuito termoeltrico de dois metais

diferentes, com suas junes s temperaturas T1 e T2, independente do

gradiente de temperatura e de sua distribuio ao longo dos fios. Em ou-

tras palavras, a FEM medida depende nica e exclusivamente da compo-

sio qumica dos dois metais e das temperaturas existentes nas junes.

Observe a Figura 28.

FIGURA 27 EFEITO TERMOELTRICO DE PELTIER

FIGURA 28 LEI DO CIRCUITO HOMOGNEO

A (+)

T T T + T

B ()

A (+)

T1

B ()

T2FEM = E

A (+)T3

B ()

T2FEM = E

T4

T1


TO

S E N A I

50....................

Um exemplo de aplicao prtica desta lei que podemos ter uma gran-

de variao de temperatura em um ponto qualquer, ao longo dos fios dos

termopares, que esta no influir na FEM produzida pela diferena de

temperatura entre as juntas. Portanto, pode-se fazer medidas de tempe-

raturas em pontos bem definidos com os termopares, pois o importante

a diferena de temperatura entre as juntas.

Lei dos metais intermedirios

A soma algbrica das FEM termais em um circuito composto de um n-

mero qualquer de metais diferentes zero, se todo o circuito tiver a mes-

ma temperatura. Deduz-se da que num circuito termoeltrico, composto

de dois metais diferentes, a FEM produzida no ser alterada ao inserir-

mos, em qualquer ponto do circuito, um metal genrico, desde que as

novas junes sejam mantidas a temperaturas iguais. Veja a Figura 29.

FIGURA 29 LEI DOS METAIS INTERMEDIRIOS

Onde conclui-se que:

Um exemplo de aplicao prtica desta lei a utilizao de contatos de lato

ou cobre, para interligao do termopar ao cabo de extenso no cabeote.

T3 = T4 E1 = E2T3 = T4 E1 = E2

A (+)

T1

B ()

T2FEM = E

A (+)

T3

B ()

T2FEM = E

T4

T1

A (+)

C



TO

S E N A I

51....................

Lei das temperaturas

intermedirias

A FEM produzida em

um circuito termoeltri-

co de dois metais ho-

mogneos e diferentes

entre si, com as suas

junes s temperatu-

ras T1 e T3 respecti-

vamente, a soma al-

gbrica da FEM deste

circuito, com as junes

s temperaturas T1 e

T2 e a FEM deste mes-

mo circuito com as jun-

es s temperaturas

T2 e T3. Um exemplo

prtico da aplicao

desta lei a compensao ou correo da temperatura ambiente pelo ins-

trumento receptor de milivoltagem.

Correlao da FEM em funo da temperaturaVisto que a FEM gerada em um termopar depende da composio qumi-

ca dos condutores e da diferena de temperatura entre as juntas, isto , a

cada grau de variao de temperatura podemos observar uma variao da

FEM gerada pelo termopar, podemos, portanto, construir um grfico, de

correlao entre a temperatura e a FEM (Figura 31). Por uma questo pr-

tica, padronizou- se o levantamento destas curvas com a junta de refern-

cia temperatura de 0C.

Esses grficos foram padronizados por diversas normas internacionais

e levantados de acordo com a Escala Prtica Internacional de Temperatu-

ra de 1968 (IPTS-68), recentemente atualizada pela ITS-90, para os termo-

pares mais utilizados.

A partir deles podemos construir outros grficos, relacionando a mili-

voltagem gerada em funo da temperatura, para os termopares, segun-

do a norma ANSI, com a junta de referncia a 0C.

FIGURA 30 LEI DAS TEMPERATURAS INTERMEDIRIAS

538C 38C 24C

A

B

E1

A

B

E2

A

B

E3


TO

S E N A I

52....................

Tipos e caractersticas dos termoparesExistem vrias combinaes de dois metais condutores operando como ter-

mopares. As combinaes de fios devem possuir uma relao razoavel-

mente linear entre temperatura e FEM, assim como desenvolver uma FEM

por grau de mudana de temperatura que seja detectvel pelos equipa-

mentos normais de medio. Foram desenvolvidas diversas combinaes

de pares de ligas metlicas, desde os mais corriqueiros, de uso industrial,

at os mais sofisticados, para uso especial ou restritos a laboratrios. Po-

demos dividir os termopares em grupos bsicos e nobres.

Termopares bsicos

So assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios

so de custo relativamente baixo e sua aplicao admite um limite de

erro maior.

Nomenclaturas

T Adotado pela Norma ANSI

CC Adotado pela Norma JIS

Cu-Co Cobre-Constantan

FIGURA 31 CORRELAO ENTRE TEMPERATURA E FEM

TIPO T

mV

70

60

50

40

30

20

10

600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800400200

T(C)

E

J

T

K

N

RSB



TO

S E N A I

53....................

Liga

(+) Cobre 99,9%

() Constantan

So as ligas de Cu-Ni compreendidas no intervalo entre Cu 50% e Cu 65%

Ni 35%. A composio mais utilizada para este tipo de termopar de Cu

58% e Ni 42%.

Caractersticas

Faixa de utilizao: 200C a 370C

FEM produzida: 5,603mV a 19,027mV

Aplicaes

Criometria (baixas temperaturas)

Indstrias de refrigerao

Pesquisas agronmicas e ambientais

Qumica

Petroqumica

Nomenclaturas

J Adotada pela Norma ANSI

IC Adotada pela Norma JIS

Fe-Co Ferro-Constantan

Liga

(+) Ferro 99,5%

() Constantan Cu 58% e Ni 42%

Normalmente se produz o ferro a partir de sua caracterstica, casando-se

o constantan adequado.

Caractersticas



Aplicaes

Centrais de energia

TIPO J


TO

S E N A I

54....................

TIPO E

Metalrgica

Qumica

Petroqumica

Indstrias em geral

Nomenclatura

E Adotada pela Norma ANSI

CE Adotada pela Norma JIS

NiCr-Co

Liga

(+) Chromel Ni 90% e Cr 10%

() Constantan Cu 58% e Ni 42%

Caractersticas



Aplicaes

Qumica

Petroqumica

Nomenclaturas

K Adotada pela Norma ANSI

CA Adotada pela Norma JIS

Liga

(+) Chromel Ni 90% e Cr 10%

() Alumel Ni 95,4%, Mn 1,8%, Si 1,6%, Al 1,2%

Caractersticas

Faixa de utilizao: 200C a 1.260C


TIPO K



TO

S E N A I

55....................

Aplicaes

Metalrgicas

Siderrgicas

Fundio

Usina de cimento e cal

Vidros

Cermica

Indstrias em geral

Termopares nobres

Aqueles cujos pares so constitudos de platina. Embora possuam custo

elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido

baixa potncia termoeltrica, apresentam uma altssima preciso, dada a

homogeneidade e pureza dos fios dos termopares.

Nomenclaturas

S Adotada pela Norma ANSI

Pt Rh 10% Pt

Liga

(+) Platina 90%, Rhodio 10%

() Platina 100%

Caractersticas


FEM produzida: 0mV a 16,771mV

Aplicaes

Siderrgica

Fundio

Metalrgica

Usina de cimento

Cermica

Vidro

Pesquisa cientfica

TIPO S

ATENO

utilizado em sensores descartveisna faixa de 1.200 a 1.768C,

para medio de metais lquidosem siderrgicas e fundies


TO

S E N A I

56....................

Nomenclaturas

R Adotada pela Norma ANSI

PtRh 13% Pt

Liga


() Platina 100%

Caractersticas


FEM produzida: 0mV a 18,842mV

Aplicaes

As mesmas do tipo S

Siderrgica, Fundio, Metalrgica,

Usina de cimento, Cermica,

Vidro e Pesquisa cientfica

Nomenclaturas

B Adotada pela Norma ANSI

PtRh 30% PtRh 6%

Liga


() Platina 94%, Rhodio 6%

Caractersticas

Faixa de utilizao: 600 a 1.700C


Aplicaes

Vidro

Siderrgica

Alta temperatura em geral

TIPO R

TIPO B



TO

S E N A I

57....................

Correo da junta de refernciaOs grficos existentes da FEM gerada em funo da temperatura para os

termopares tm fixado a junta de referncia a 0C (ponto de solidificao

da gua). Porm, nas aplicaes prticas dos termopares a junta de refern-

cia considerada nos terminais do instrumento receptor, encontrando-se

temperatura ambiente, que normalmente diferente de 0C e varivel com

o tempo. Isso torna necessrio que se faa uma correo da junta de refe-

rncia, podendo ela ser automtica ou manual. Os instrumentos utilizados

para medio de temperatura com termopares costumam fazer a correo

da junta de referncia automaticamente, sendo um dos mtodos adotados

a medio da temperatura nos terminais do instrumento, atravs de cir-

cuito eletrnico. Este circuito adiciona a milivoltagem que chega aos ter-

minais, uma milivoltagem correspondente diferena de temperatura de

0C temperatura ambiente, conforme apresentado na Figura 32.

TABELA 6 IDENTIFICAO DE TERMOPARES

TERMOPARTIPO

EXTENSOOU

COMPENSA-O TIPO

MATERIAL DOSCONDUTORES

COLORAO DA ISOLAO

FIGURA 32 CORREO DA JUNTA DE REFERNCIA

A (+)

T2

B ()

E1 = 19,68

TIPO K

B ()

0CE2 = 0,9624C

A (+)

TX

JX

EX

KX

WX

SX

BX

NX

Cobre

Ferro

Chromel

Chromel

Ferro

Cobre

Cobre

Nicrosil

Constantan

Constantan

Constantan

Alumel

Cupronel

Cu/Ni

Cobre

Nisil

Azul

Preta

Roxa

Amarela

Branca

Verde

Cinza

Laranja

Azul

Branca

Roxa

Amarela

Verde

Preta

Cinza

Laranja

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Marrom

Azul

Verde

Verde

Branca

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Vermelha

Marrom

Azul

Verde

Verde

Branca

Marrom

Preto

Violeta

Verde

Laranja

Rosa

Marrom

Preto

Violeta

Verde

Laranja

Rosa

Branca

Branca

Branca

Branca

Branca

Branca

NORMA AMERICANA ANSIMC 96.1 1982

NORMA ALEM DIN43710-4 IEC 584-3

POSITIVO NEGATIVO CAPA EXTERNA POSITIVO NEGATIVO CAPA EXTERNA POSITIVO NEGATIVO CAPA EXTERNA POSITIVO NEGATIVO

T

J

E

K

K

S,R

B

N


TO

S E N A I

58....................

importante no esquecer que o termopar mede realmente a diferen-

a entre as temperaturas das junes. Ento para medirmos a temperatu-

ra do ponto desejado, precisamos manter a temperatura da juno de re-

ferncia invarivel. Observe a Figura 33.

FEM = JM JR

FEM = 2,25 1,22

FEM = 1,03mV 25C

Esta temperatura obtida pelo clculo est errada, pois o valor correto

que o meu termmetro tem que medir de 50C.

FEM = JM JR

FEM = 2,25 1,22

FEM = 1,03mV + mV correspondente temperatura ambiente para fazer

a compensao automtica, portanto:

FEM= mV JM mV JR + mV CA (Compensao Automtica)

FEM = 2,25 1,22 + 1,22

FEM = 2,25mV 50C

A leitura agora est correta, pois 2,25mV correspondem a 50C, que

a temperatura do processo.

Hoje em dia a maioria dos instrumentos faz a compensao da junta

de referncia automaticamente.

FIGURA 33 DIFERENA ENTRE AS TEMPERATURAS DAS JUNES

TI

+

25C

50C



TO

S E N A I

59....................

Medio de temperaturapor termorresistnciaOs mtodos de utilizao de resistncias para medio de temperatura

iniciaram-se por volta de 1835, com Faraday, porm s houve condies

de se elaborarem as mesmas para utilizao em processos industriais a

partir de 1925.

Esses sensores adquiriram espao nos processos industriais por suas

condies de alta estabilidade mecnica e trmica, resistncia contami-

nao, baixo ndice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso.

Devido a estas caractersticas, tal sensor padro internacional para a

medio de temperaturas na faixa de 270C a 660C em seu modelo de

laboratrio.


Os bulbos de resistncia (veja a Figura 34) so sensores que se baseiam

no princpio de variao da resistncia em funo da temperatura. Os ma-

teriais mais utilizados para a fabricao destes tipos de sensores so a pla-

tina, o cobre ou o nquel, metais com caractersticas de:

Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade do sensor

Alto coeficiente de variao de resistncia com a temperatura

Rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos

FIGURA 34 BULBOS DE RESISTNCIA

ISOLADOR CONDUTORESISOLAOMINERAL

BAINHA BULBO DE RESISTNCIA


TO

S E N A I

60....................

Vantagens e desvantagens dessa medio

Vantagens

Possui maior preciso dentro da faixa de utilizao do que outros tipos

de sensores

Com ligao adequada, no existe limitao para distncia de operao

Dispensa utilizao de fiao especial para ligao

Se adequadamente protegido, permite utilizao em qualquer ambiente

Tem boas caractersticas de reprodutibilidade

Em alguns casos, substitui o termopar com grande vantagem

Desvantagens

mais caro do que os sensores utilizados nessa mesma faixa

Deteriora-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua tempera-

tura mxima de utilizao

Temperatura mxima de utilizao de 630C

necessrio que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equi-

librada para fazer a indicao corretamente



TO

S E N A I

61....................

Medio de nvelMedio de nvel

vel a altura do contedo, que pode ser slido ou lquido, de um re-

servatrio. Trata-se de uma das principais variveis utilizadas em controle

de processos contnuos, pois atravs da medio de nvel torna-se possvel:

Unidade 4

Avaliar o volume estocado demateriais em tanques de armazenamento

Realizar o balano de materiais deprocessos contnuos onde existamvolumes lquidos ou slidos de acumulaotemporria, reaes, mistura etc.

Manter segurana e controle de algunsprocessos onde o nvel do produto nopode ultrapassar determinados limites

Mtodos de medio de nvel de lquidoOs trs tipos bsicos de medio de nvel so o direto, o indireto e o des-

contnuo.

Medio de nvel direta

a medio para a qual tomamos como referncia a posio do plano

superior da substncia medida. Neste tipo de medio podemos utilizar

rguas ou gabaritos, visores de nvel, bia ou flutuador.

NN


TO

S E N A I

62....................

RGUA OU GABARITOConsiste em uma rgua graduada que

tem um comprimento conveniente para

ser introduzida no reservatrio a ser me-

dido. Observe a Figura 35.

A determinao do nvel se efetuar

atravs da leitura direta do comprimen-

to molhado na rgua pelo lquido.

VISORES DE NVELEste medidor usa o princpio dos vasos

comunicantes. O nvel observado por um

visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhan-

do o visor. So simples, baratos, precisos e de indicao direta. Esta medio

feita em tanques abertos e tanques fechados, como os da Figura 36.

Nessa medio pode-se usar vidro reflex, para produtos escuros sem

interfaces, ou vidro transparente, para produtos claros e sua interface.

FIGURA 35 RGUA

FIGURA 36 TANQUES PARA MEDIO

600

20

400

10

300

0

VISORTRANSPARENTE

VISOR REFLEX PARAFUSO TIPO U

CORPO

JUNTA DE VEDAO

VIDROJUNTA ALMOFADA

ESPELHO

ESPELHO

VIDRO

CORPO

JUNTA DE VEDAO

PORCA

Corte dos visores de vidroplano tipo reflex e transparente



TO

S E N A I

63....................

BIA OU FLUTUADORConsiste numa bia presa a

um cabo que tem sua extre-

midade ligada a um contra-

peso. No contrapeso est

fixo um ponteiro que indi-

car diretamente o nvel

em uma escala. Esta medi-

o normalmente encon-

trada em tanques abertos

(Figura 37).

Medio de nvel indireta

Neste tipo de medio o nvel medido indiretamente em funo de gran-

dezas fsicas como: presso, empuxo, radiao e propriedades eltricas.

MEDIO DE NVEL POR PRESSO HIDROSTTICA (PRESSO DIFERENCIAL)Neste tipo de medio usamos a presso exercida pela altura da coluna

lquida, para medirmos indiretamente o nvel, como mostra a seguir o

Teorema de Stevin:

Essa tcnica permite que a

medio seja feita indepen-

dente do formato do tanque,

seja ele aberto, seja pressu-

rizado.

Neste tipo de medio,

utilizamos um transmissor

de presso diferencial cuja

cpsula sensora dividida

em duas cmaras: a de alta

(H) e a de baixa presso (L).

FIGURA 38 MEDIO DE NVEL INDIRETA

FIGURA 37 BIA OU FLUTUADOR

P = h. P = Presso em mm ou polegadas de coluna lquida

h = Nvel em mm ou em polegadas

= densidade relativa do lquido na temperatura ambiente

CORRENTE,CABO OUTRENA

BIA

ESCALA

CONTRAPESO

INDICADOR DEPRESSO (P)

DENSIDADE RELATIVA DO LQUIDONA TEMPERATURA AMBIENTE ()

NVEL (h)


TO

S E N A I

64....................

Este transmissor de nvel mede a presso diferencial, subtraindo-se a

presso da cmara alta (H) da cmara baixa (L).

MEDIO DE NVEL POR PRESSO DIFERENCIAL EM TANQUES ABERTOS

Supresso de zero

Para maior facilidade de ma-

nuteno e acesso ao instru-

mento, muitas vezes o trans-

missor instalado abaixo do

tanque. Outras vezes a fal-

ta de uma plataforma de fi-

xao em torno de um tan-

que elevado resulta na ins-

talao de um instrumento

em um plano situado em n-

vel inferior tomada de alta

presso. Em ambos os casos, uma coluna lquida se formar com a altura

do lquido dentro da tomada de impulso. Se o problema no for contorna-

do, o transmissor indicar um nvel superior ao real. Observe a Figura 39.

MEDIO DE NVEL POR PRESSO DIFERENCIALEM TANQUES PRESSURIZADOS

Para medio em tanques pressurizados, a tubulao de impulso da par-

te de baixo do tanque conectada cmara de alta presso do transmis-

sor de nvel. A presso atuante na cmara de alta a soma da presso

exercida sob a superfcie do lquido e a presso exercida pela coluna de

lquido no fundo do reservatrio. A cmara de baixa presso do transmis-

sor de nvel conectada na tubulao de impulso da parte superior do

tanque, onde mede somente a presso exercida sob a superfcie do lqui-

do. Veja a Figura 40, na pgina ao lado.

FIGURA 39 SUPRESSO DE ZERO

P = PH PL

P = Diferencial de presso

PH = Presso na cmara de alta

PL = Presso na cmara de baixa

H L

NVEL (h)

ALTURA DO TANQUE

SUPRESSO DE ZERO

Atm

H L



TO

S E N A I

65....................

Selagem das

tomadas de impulso

Quando o fluido do proces-

so possuir alta viscosidade,

ou quando o fluido se con-

densar nas tubulaes de

impulso, ou ainda no caso de

o fludo ser corrosivo, deve-

mos utilizar um sistema de

selagem nas tubulaes de

impulso, das cmaras de bai-

xa e alta presso do transmis-

sor de nvel. Selam-se ento ambas as tubulaes de impulso, bem como

as cmaras do instrumento. O lquido normalmente utilizado para selagem

das tomadas de impulso a glicerina ou o silicone lquido, devido sua

alta densidade.

Elevao de zero

Na Figura 41, apresenta-se

um sistema de medio de

nvel com selagem, no qual

deve ser feita a elevao, que

consiste em se anular a pres-

so da coluna lquida na tu-

bulao de impulso da c-

mara de baixa presso do

transmissor de nvel.

MEDIO DE NVEL COM BORBULHADORCom o sistema de borbulhador (Figura 42) podemos detectar o nvel de

lquidos viscosos, corrosivos, bem como de quaisquer lquidos a distncia.

Neste sistema necessitamos de um suprimento de ar ou gs e uma pres-

so ligeiramente superior mxima presso hidrosttica exercida pelo l-

quido. Este valor em geral ajustado para aproximadamente 20% a mais

que a mxima presso hidrosttica exercida pelo lquido. O sistema bor-

bulhador engloba uma vlvula agulha, um recipiente com lquido, no qual

FIGURA 40 MEDIO EM TANQUES PRESSURIZADOS

FIGURA 41 MEDIO DE NVEL COM SELAGEM

H L

ALTURA MXIMA

d

H L

ALTURA MXIMA

d


TO

S E N A I

66....................

o ar ou gs passar, e um indicador de presso. Com o nvel no mximo,

ajustamos a vazo de ar ou gs at que se observe a formao de bolhas

em pequenas quantidades. Um tubo levar esta vazo de ar ou gs at o

fundo do vaso que queremos medir o nvel. Teremos ento um borbulha-

mento bem sensvel de ar ou gs no lquido que ter seu nvel medido. Na

tubulao pela qual fluir o ar ou gs, instalamos um indicador de presso

que indicar um valor equivalente presso, devido ao peso da coluna l-

quida. Nota-se que teremos condies de instalar o medidor a distncia.

FIGURA 42 SISTEMA DE BORBU

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