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sistema internacional de unidades
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MEDIDAS ELTRICAS
Aula 02 Conceitos de Instrumentos
de Medio
Prof. David Nascimento Coelho
Escola Tcnica Aberta do Brasil - ETEC Instituto Federal do Cear - IFCE
Fortaleza - CE 2015
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Sumrio
Apresentao ........................................................................ 03
Tpico 1 Para comeo de conversa ................................... 04
Tpico 2 Instrumentos e malhas .........................................10
Tpico 3 Simbologia dos instrumentos ...............................14
Tpico 4 Fluxograma de instrumentos ................................18
Concluso ...............................................................................21
Referncias .............................................................................22
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Apresentao
Na primeira aula desta disciplina, estudamos alguns conceitos em
relao metrologia e instrumentos de medio. Estes e outros
conceitos podem ser vistos nos documentos VIM 2012
(Vocabulrio Internacional de Metrologia) e SI 2012 (Sistema
Internacional de Unidades), disponveis na biblioteca virtual.
Alm destes conceitos, em um ambiente industrial ou em
sistemas de distribuio de energia eltrica, no entramos em
contato apenas com instrumentos de medio, pois existem
diversos outros tipos de instrumentos que se relacionam com
estes para manter um processo em funcionamento.
Assim, na segunda aula da disciplina de Medidas Eltricas,
aprofundaremos no s nossos conhecimentos sobre
instrumentos de medio, mas tambm aprenderemos a
identific-los em meio a um processo em que existem diversos
instrumentos.
Vamos aula!
Objetivos
Conhecer os tipos de instrumentos e suas
classificaes.
Compreender a nomenclatura de instrumentos e
malhas.
Entender a simbologia dos instrumentos.
Aprender o processo de elaborao do fluxograma de
instrumentos.
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Tpico 1 Para comeo de conversa
Ao surgir a necessidade de fazer medies eltricas em um
determinado processo (para instalar novos equipamentos ou fazer
manuteno em equipamentos j disponveis), o operador dever
tomar um projeto como base para realizar o servio.
Dessa forma, muito importante que exista um padro de
simbologia e codificao dos instrumentos para facilitar a
realizao destes servios.
Assim, na rea de instrumentao e controle, a simbologia para
representao de instrumentos padronizada pelos rgos
normativos ISA (Instrument Society of America) e ABNT
(Associao Brasileira de Normas Tcnicas).
Especificamente, as normas ISA-S5 (ISA) e NBR-8190 (ABNT)
so responsveis por exporem todas as informaes sobre a
nomenclatura e simbologia de instrumentos e de malhas de
controle necessria para realizar a identificao de instrumentos
em plantas industriais.
A simbologia de instrumentao, juntamente com a representao
de equipamentos de processo, origina um documento chamado
Objetivo
Conhecer os tipos de instrumentos e suas
classificaes.
Malha de controle uma estrutura na qual o sinal de sada de uma varivel do sistema comparado com um sinal de referncia, de modo a gerar uma atuao por parte do controlador para corrigir o erro entre estes sinais. Fonte: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/12328/12328_3.PDF
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P&ID. Porm, antes de estudarmos estas nomenclaturas e
simbologias, necessrio que saibamos quais so os diferentes
tipos de instrumentos que as recebem.
Assim, os tipos e classificao dos instrumentos so mostrados
no prximo tpico.
1.1 Indicador
So instrumentos que so utilizados para indicar um valor
instantneo, eficaz ou mdio de alguma grandeza.
A indicao da grandeza medida pode ser realizada de duas
formas: analgica, quando utilizado um ponteiro, ou digital
quando usado um visor LCD.
Como exemplos de instrumentos indicadores, podemos citar
voltmetro, ampermetro, velocmetro, manmetro. Na figura 2.1,
mostrado um multmetro digital.
Figura 2.1 Multmetro Digital.
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro
P&ID (Piping and Instrumentation Diagram - diagrama de tubulao e instrumentao) um modelo de fluxograma de engenharia. Fonte: http://www.dee.eng.ufba.br/home/simas/Aula%20IV%20-%20Simbologia%20-%20pt2.pdf
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1.2 Registrador
So instrumentos que registram os valores da grandeza medida,
permitindo uma anlise futura a partir dos dados guardados.
Esses instrumentos podem ser ligados a um computador, para
armazenamento por um perodo, ou permanente, atravs de um
CD, pendrive, HD, dentre outros.
Alguns exemplos de instrumentos registradores sismgrafo,
medidor de energia eltrica, tacgrafo, etc.
Na figura 2.2, ilustrado um exemplo de equipamento registrador:
o medidor de energia eltrica.
Figura 2.2 Medidor de Energia Eltrica
Fonte: http://www.nardinieletrica.com.br/detalhesProduto.php?prodId=1088
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1.3 Sensor
o dispositivo sensvel que capta a energia da grandeza a ser
observada e converte em um sinal que pode ser observado pelo
operador, podendo ser luminosa, trmica e cintica.
O sinal de sada de um sensor s vezes pode no ter as
caractersticas eltricas nos padres de transmisso para ser
utilizado em um sistema de controle, dessa forma aplicado um
circuito de interface para a produo do sinal nos padres
necessrios.
Existem dois tipos de sensores: os sensores analgicos, que,
dentro da sua faixa de operao, podem assumir qualquer valor
no seu sinal de sada; e o sensor digital que assume apenas dois
valores no seu sinal de sada.
1.4 Transdutor
o dispositivo que utilizado como interface s formas de
energia do ambiente e que transformam essa grandeza fsica em
um sinal de tenso ou corrente para ser interpretado por um
sistema de controle.
Na figura 2.3 ilustrado um transdutor do tipo que converte um
sinal de presso em um sinal eltrico analgico.
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Figura 2.3 Transdutor de Presso
Fonte: http://www.absi.com.br/MaisProduto.asp?Produto=324
1.5 Transmissor
Transmissor o dispositivo que prepara o sinal de sada de um
transdutor para a utilizao distncia, realizando algumas
adequaes deste sinal.
1.6 Controlador
o elemento de um sistema que responsvel pelas tomadas de
decises, ou seja, realizar alguma correo do valor de sada do
processo em funo do erro do sistema. Exemplo: CLP,
Controlador Universal, dentre outros.
Na figura 2.4 ilustrado um tipo de controlador, o Controlador
Lgico Programvel (CLP).
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Figura 2.4 CLP
Fonte: http://www.andautomacao.com.br/clp_9.html
1.7 Atuador
So dispositivos que modificam a varivel que est sendo
controlada, ou seja, agem no processo que est funcionando. O
atuador recebe o sinal do controlador e age no sistema
controlado. Exemplo: motor, vlvula pneumtica, rels, dentre
outros. Na Figura 2.5 ilustrado um motor de induo
Figura 2.5 Motor de Induo
Fonte: http://www.portaleletricista.com.br/motor-de-inducao-funcionalidade-
significado-dicas-passo-a-passo/
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Tpico 2 Instrumentos e malhas
Aps estudar os tipos de instrumentos, verificaremos agora como
ocorre a identificao destes em um processo industrial.
A identificao de um instrumento e a qual malha de controle este
pertence feita atravs de um cdigo alfanumrico que
denominado tag.
O tagname ou tag um cdigo alfanumrico cuja finalidade
identificar equipamentos ou instrumentos dentro de uma planta de
processos. Esse cdigo identifica:
Local de instalao, definindo acessibilidade (campo,
painel, sala de controle).
Funo do instrumento, definindo a varivel tratada e o que
fazer com esta.
Objetivo
Compreender a nomenclatura de instrumentos e malhas.
Observao:
As normas ISA-S5 e NBR 8190 definem que a construo da
tag deve conter as seguintes informaes:
A funo programada por um conjunto de letras.
Local de instalao (malha) atravs de um conjunto de
algarismos.
Sufixo.
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2.1. Identificao funcional
A tabela a seguir apresenta um exemplo de uma tag (PRC 001
02A), na qual temos as seguintes informaes discriminadas.
Tabela 2.1 Exemplo de Tag
Fonte: NBR 8190
Podemos verificar assim, a partir da tabela anterior, que a tag
dividida em identificao funcional e identificao da malha de
controle. Deste modo, temos a primeira letra referente varivel
do processo medida, podendo estar com uma letra a mais, o que
consiste em um modificador opcional. Na tabela 1, a primeira letra
a P, que corresponde a varivel presso.
A segunda letra pode tambm possuir um ou mais modificadores,
podendo ser:
Funes passivas: elemento primrio, orifcio de restrio,
poo.
Funes de informao: indicador, registrador, visor.
Observao:
Na tabela a seguir, ilustrado o conjunto de letras e suas
respectivas funes em cada posio na tag, desta forma
possvel com o uso desta tabela realizar a decodificao da tag.
Uma letra na primeira posio de um tag indica sempre a varivel, j uma letra na segunda posio indica um modificador opcional.
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Funes ativas ou de sada: controlador, transmissor,
chave e outros.
Funes modificadoras: alarmes ou indicao de
instrumento multifuno.
Tabela 2.2 Decodificao das Tags.
Fonte: NBR 8190
Observao:
Existem tambm funes nas quais os controladores podem
atuar. Estas so funes de computao (+, -, x, /), de seleo
() e de converso (i/p, p/i), que devem possuir os smbolos
ao lado do balo, que utiliza estas funes, para esclarecer a
funo a ser executada.
Identificao do instrumento da tabela 2.1: P presso R Registrador C Controlador 001 rea de atividade 002 Nmero sequencial da malha A Sufixo
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2.2 Identificao da malha de controle
A identificao da malha feita por um nmero, colocado depois
da identificao funcional do instrumento, podendo possuir uma
letra aps chamada de sufixo. No exemplo da tabela 1, temos
como sufixo a letra A.
O sufixo usado quando tem mais de um instrumento com a
mesma funo na malha, por exemplo, TIC-100A, TIC-100B, TIC-
100C.
Observao:
A numerao da malha pode ser serial ou paralela, onde:
Paralela: comea de 0 para cada nova varivel, por
exemplo, TIC-100, FIC-100, LIC-100 e AI-100.
Serial: usa uma nica sequncia de nmeros para um
projeto ou seo grande de um projeto, por exemplo,
TIC-100, FIC-101, LIC-102 e AI-103.
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Tpico 3 Simbologia dos instrumentos
Neste tpico aprenderemos as simbologias utilizadas em uma
planta de instrumentao que, juntamente com as tags, so
utilizadas para caracterizar um instrumento.
A simbologia correta da instrumentao deve conter os
seguintes parmetros: identificao (tag) do instrumento,
envolvendo a varivel do processo, a funo do
instrumento e o nmero da malha do processo.
Identificao das linhas de interligao dos instrumentos,
tais como eletrnica fsica, eletrnica por configurao,
pneumtica.
Determinao do local de instalao dos instrumentos,
acessvel ou no acessvel ao operador de processo.
Filosofia do instrumento, quanto ao instrumento a ser
dedicado a cada malha ou compartilhado com um conjunto
de malhas de processo.
3.1 Smbolos de linhas de transmisso
Como os equipamentos de processos e os instrumentos, as linhas
de alimentao e de sinais possuem simbologia e identificao
adequadas, conforme observamos na figura 2.5.
Objetivo
Entender a simbologia dos instrumentos.
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J o tipo de suprimento designado por duas letras em cima da
linha de transmisso, conforme tabela 3.
Figura 2.5 Linhas de Transmisso
Fonte: NBR-8190
Tabela 2.3 Tipos de Suprimentos.
Fonte: NBR 8190
Quando um suprimento eltrico possui uma tenso de 24 V DC, este ser representado no projeto da seguinte forma: ES 24DC
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3.2 Simbologia geral dos instrumentos
O instrumento simbolizado por um pequeno balo circular, com
dimetro aproximado de 12mm, podendo ser observados na
figura 2.6. Com o avano nos sistemas de controle, foi necessrio
aprimorar a simbologia dos instrumentos.
Foram inseridas simbologias para sistemas de controle aplicando
microprocessador, computador digital, que permitem funes
compartilhadas em um nico instrumento e utilizam ligaes por
programao ou por elo de comunicao.
Figura 2.6 Smbolos de Instrumentos
Fonte: NBR-8190
Na figura 2.6, so ilustrados os smbolos dos tipos de
equipamentos, possveis de serem encontrados em uma planta de
instrumentao. Nessa figura, possvel identificar o instrumento
quanto ao local de instalao e forma de uso.
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Fazendo a anlise da figura 2.6, temos:
Linha nica horizontal indica que o instrumento ou a funo
localizada no local primrio como, por exemplo, a sala de
controle.
A linha dupla indica que o instrumento localizado em um
local auxiliar, tal como uma estante auxiliar.
A ausncia de linha no smbolo indica que o instrumento
montado em campo.
A ilustrao da linha tracejada indica que o instrumento no
acessvel como, por exemplo, a ilustrao localizada em
um painel eltrico.
A presena do quadrado no smbolo indica que o
instrumento possui um display e realiza alguma funo de
controle.
A presena do hexgono representa que o instrumento
possui funes de computadores, por exemplo, as funes
de um controlador.
A presena de um quadrado com um losango interno
representa que o instrumento um controlador lgico
programvel (CLP).
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Tpico 4 Fluxograma de instrumentos
Neste tpico, utilizaremos o contedo estudado at aqui,
realizando a integrao, para que possamos elaborar os
fluxogramas.
Primeiramente, identificaremos alguns elementos isoladamente e
depois criaremos conjuntos maiores.
Para realizar a identificao de um elemento, temos que seguir as
seguintes etapas:
1 - Alcanar a identificao funcional;
2 - Realizar a identificao da malha;
3 - Identificar o local de instalao do instrumento;
4 - Identificar a filosofia do instrumento.
Nos exemplos a seguir, apresentamos a identificao dos
elementos seguindo essas etapas.
Objetivo
Aprender o processo de elaborao do fluxograma de
instrumentos.
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Exemplo 1:
1.Identificao funcional: FIC Indicador e controlador de vazo;
2.Identificao da malha: 123;
3.Identificao do local de instalao: montado no painel
principal;
4. Identificao da filosofia: display compartilhado.
Exemplo 2:
1. Identificao funcional: TT Transmissor de Temperatura;
2. Identificao da malha: 123;
3. Identificao do local de instalao: montado em campo;
4. Identificao da filosofia: instrumento discreto.
Na figura 2.7, ilustrado um exemplo de um fluxograma de
instrumentao. Nesse exemplo, possvel encontrar
transmissores de vazo, temperatura, controladores de
temperatura e vazo, um computador e duas vlvulas.
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Figura 2.7 Fluxograma de Instrumentao
Fonte: NBR-8190
Desta forma, temos a forma de comunicao existente por
software, sinal eltrico e sinal pneumtico. Quanto montagem,
existem elementos montados em campo, colocado no painel
principal e montado em local auxiliar.
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Concluso
Nessa aula, finalizamos nosso estudo sobre os instrumentos em
geral e sua simbologia. A partir das prximas aulas, estudaremos
conceitos relacionados a erros de medio e sobre os
instrumentos de medio em si.
Para aprofundar seus conhecimentos, pesquise em outras fontes,
revise os conceitos apresentados, realize anotaes e resolva
exerccios.
At a prxima aula!
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Referncias
[1] BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentao e Fundamentos de Medidas. 2. Ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2011, Volume 1.
[2] INMETRO. Sistemas Internacional de Unidades. Disponvel
em: http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/si_versao_final.pdf.
[3] OLIVEIRA, R. da S. Instrumentao e Medidas Eltricas.
Apostila. 2010.
[4] MEDEIROS F., S. Fundamentos de Medidas Eltricas. Vol.
1 e 2. 2a ed. So Paulo: Guanabara, 1981.
[5] TORREIRA, R. P. Instrumentos de Medio Eltrica. 3a ed.
So Paulo: Hemus, 2004.
[6] ROLDAN, J. Manual de Medidas Eltricas. So Paulo:
Hemus, 2002.