5. Classes dos Instrumentos

Classes dos Instrumentos

1. Classificações dos instrumentos

• Os tipos de instrumentos nos auxiliam a definir as necessidades do processo, a participação ou não da visão humana, a necessidade de registrar dados e outras necessidades.

• Podem ser classificados como: cegos, indicadores, registradores, primários, transmissores e conversores.

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1.1. Instrumentos cegos

• São instrumentos que não possuem indicação visível da variável medida, como os pressostatos e termostatos (elementos de controle de pressão e temperatura) que somente possuem uma escala externa com um índice de seleção para ajuste do set-point (ponto de atuação).

• Os transmissores de pressão, vazão, nível e outros sem indicação local são igualmente denominados de instrumentos cegos. O pressostato representado na próxima Figura é um instrumento cego, pois não apresenta display (mostrador) e exige para o ajuste do ponto de operação um instrumento auxiliar.

• O ajuste de um instrumento cego é realizado em bancada, através de comparação com outros instrumentos indicadores.

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1.2. Instrumentos indicadores

• São os instrumentos que possuem indicador e escala graduados, nos quais pode ser verificado, através da leitura, o valor da variável medida ou controlada.

• O instrumento indicador pode possuir uma, duas ou mais escalas diferentes, conforme as necessidades do processo.

Exemplos

• Termômetros, manômetros, velocímetros e odômetros, entre outros.

Velocímetro e odômetro de uma motocicleta

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1.3. Instrumentos registradores

• São instrumentos que registram a variável medida/controlada com um ou mais traços contínuos ou através de pontos. Os registros podem ser realizados em discos ou fitas de papel e através de displays eletrônicos.

• Um dos registradores mais conhecidos é o tacógrafo que registra as variações de velocidade de veículos em um disco de papel, com um escala de tempo.

Registrador gráfico circular

• Os registradores são utilizados quando é necessário consultar todos os dados de uma ou mais grandezas medidas. No tacógrafo são registradas a velocidade, o tempo de permanência nesta velocidade, assim como a hora e o dia destas ocorrências em um veículo. Destes dados são obtidos ainda:

• A velocidade;

• As paradas normais;

• As paradas bruscas.

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1.4. Elementos primários

• São elementos que estão em contato direto com a variável medida/controlada e que utilizam ou absorvem energia do próprio meio, para fornecer ao sistema de medição uma resposta em função da variação da variável medida ou controlada.

• Podem ser cegos ou indicadores.

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1.5. Transmissores

• São instrumentos que detectam as variações da variável medida/controlada através do elemento primário e transmitem-na a distância.

• O elemento primário pode ou não fazer parte integrante do transmissor

(a) Transmissor de pressão e (b) transmissor de pressão com compensação de temperatura

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1.6. Conversores

• São instrumentos que recebem um sinal de entrada pneumático ou eletrônico, procedente de outro instrumento, e convertem-no em um sinal de saída padrão, que pode ser de dois tipos:

➢em corrente (4 a 20 mA, em corrente contínua) ou

➢pressão (0,2 a 1,0 kgf/cm² ou 19,614 a 98,07 kPa).

Classes dos Instrumentos ou função

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2. Identificação e símbolos de instrumentos

• As normas de instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificações para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação.

• Os símbolos gráficos e codificações estabelecidas pelas normas são utilizados para uniformizar a identificação de instrumentos e sistemas de instrumentação, facilitar o entendimento dos diagramas e malhas de instrumentação e uniformizar a comunicação entre usuários, fornecedores e projetistas.

Símbolos gerais para instrumentos ou função programada

Estrutura Hierárquica de uma PlantaPlanta - O termo Planta define por si só a implantação como um todo.

Área - A área define dentro da região um setor específico, que será tomada como uma identidade e submetida à subdivisões que permitam de forma lógica uma divisão que procura contemplar a execução de atividades específicas do processo.

Setor - O Setor divide dentro da área locais específicos de execução de urna fase do processo.

Grupo - O grupo define o menor conjunto do processo que possui em geral a característica de executar urna tarefa definida.

Instrumentos/Equipamentos - São os componentes físicos que estão contidos no Processo, compondo todas as suas partes funcionais.

– Equipamentos - Bombas, vasos, tanques, vibradores, misturadores, pasteurizadores, silos, motores, clarificadoras, máquinas diversas e muitos outros.

– Instrumentos - Indicadores, controladores, registradores, sensores, variadores, aturadores, transmissores, conversores, válvulas de controle e etc.

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Tagname

O Tagname ou Tag é um código alfanumérico, cuja finalidade é a de identificar equipamentos ou instrumentos, dentro de uma planta de processos.

O Tagname também é a identificação física de um instrumento ou equipamento. Por meio deste podemos localizar onde o instrumento/equipamento está instalado.

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• A padronização ISA identifica cada instrumento ou função programada com um conjunto de letras e algarismos.

• A primeira letra do conjunto indica a variável medida/controlada, e as letras seguintes indicam a função que o instrumento desempenha na malha de controle.

• O primeiro conjunto de algarismos indica a área/unidade e o segundo conjunto indica a malha à qual o instrumento ou a função programada pertence. Ainda poderá receber um sufixo

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Exemplo

TRC - 210 - 02A

➢ T variável medida: Temperatura

➢R função passiva: Registrador

➢C função ativa: Controlador

➢ 210 área da fábrica onde o instrumento atua

➢ 02 número da malha de controle

➢A sufixo

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• Os símbolos e funções de processamento de sinais, são utilizados nos fluxogramas de processo.

• Eles representam a necessidade de operações matemáticas, como a soma de variáveis ou a necessidade de converter um sinal elétrico em pneumático.

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• Símbolos para linhas de instrumentos ou função programada, conforme pode ser observado e identificado ao lado.

• As linhas representam a interligação e comunicação entre os diversos elementos do fluxograma que, por sua vez, representam uma indústria qualquer.

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• Todos esses símbolos são utilizados em fluxogramas como o representado ao lado.

• Dessa maneira descomplicada, podemos representar através de símbolos padronizados o que desejamos.

Classes dos Instrumentos - Exemplos

Alarmes independentes de níveis anormais

• LAHH – muito alto, malha 100

• LAH – alto, malha 101

• LAL – baixo, malha 102

• LALL – muito baixo, malha 103

Todos instalados na sala de controle acessível ao operador

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• Esta é a função do projetista do processo, aquele especialista que irá demonstrar em um documento (físico ou eletrônico) o que é desejado. Logo após, o projetista de instrumentação irá analisar (com o projetista de processo) as necessidades de medição e controle e implementará a instrumentação ao fluxograma de processo, passando a especificar a instrumentação desejada.

• Isso compreende:

➢ As grandezas a serem medidas (temperatura, pressão, nível, vazão, etc.);

➢ Como será medida a grandeza;

➢ As unidades de medição de cada grandeza;

➢ Os tipos de instrumentos;

➢ O material de construção do instrumento.

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Exemplos de identificação funcional de instrumentos

• O objetivo é dar alguns exemplos sucintos de formação da identificação funcional de instrumentos.

• Esta identificação é muito importante, pois descreve qual é a variável que está sendo medida, qual é o tipo de instrumento e qual recurso está sendo utilizado.

Simbologia ISA

Instrumentação Industrial

Classes dos Instrumentosa) Indicadores e registradoresPI = Indicador de pressão.

“P” é a variável medida (pressão) e “I” é a função de informação ou função passiva. Neste caso, pode-se ter vários tipos de instrumentos, desde um manômetro mecânico até instrumentos eletrônicos sofisticados. Note que ao indicar PI em um fluxograma, a intenção é descrever que naquele determinado ponto deseja-se somente indicar a pressão, independentemente do tipo de instrumento utilizado.

Classes dos Instrumentosa) Indicadores e registradores

LI = Indicador de nível.

SI = Indicador de velocidade.

MR = Registrador de umidade.

AIR = Registrador indicador de condutividade, ou pH, ou O2 etc.

Classes dos Instrumentosb) Controladores

PIC = Indicador controlador de pressão.

Neste caso, a função final é o controle de uma malha, portanto, a letra “C” da coluna “Função de saída ou final” e a letra “I” somente uma função passiva mencionando que o instrumento também está indicado, de alguma forma, a variável “P” de pressão.

Classes dos Instrumentosb) Controladores

FIC = Controlador indicador de vazão.

JRC = Controlador registrador de potência

SC = Controlador de velocidade.

BC = Controlador de queima ou combustão (queimadores de caldeiras, fornos ou outros).

Classes dos Instrumentosc) AlarmesLAH = Alarme de nível alto.

Neste exemplo, a letra “A” define a função de informação, indicando que o instrumento está sendo utilizado para um alarme. A letra modificada “H” complementa esta informação, indicando o parâmetro do alarme, no caso, nível alto.

Classes dos Instrumentosc) Alarmes

TAH = Alarme de temperatura alta.

SAL = Alarme de velocidade baixa.

WAL = Alarme de peso baixo.

Classes dos Instrumentosd) Válvulas

HV = Válvula de controle manual.

A letra “V” indica a função final e a letra “H” indica a variável inicial. Note que, neste caso, esta válvula não é proporcional.

Classes dos Instrumentosd) Válvulas

LCV = Válvula de controle de nível auto-operada.Neste exemplo, a letra “C” pode estar indicando que a válvula é auto-operada.

LV = Válvula de nível.Geralmente, esta notação determina que se trata de uma válvula de controle proporcional. É importante notar que a primeira letra sempre indica a variável medida, e não a variável que está sendo manipulada.

Classes dos InstrumentosOutros exemplosPT - Transmissor de pressão.

TT - Transmissor de temperatura.

LT - Transmissor de nível.

LSH - Chave de nível alto.

LSLL - Chave de nível muito baixo.

PSV - Válvula de segurança de pressão.

PSHH - Chave de pressão muito alta.

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo pneumático

• Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja pressão é alterada conforme o valor que se deseja representar.

• Nesse caso a variação da pressão do gás é linearmente manipulada numa faixa específica, padronizada internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite inferior até seu limite superior. O padrão de transmissão ou recepção de instrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 (aproximadamente 3 a 15psi no Sistema Inglês).

• Os sinais de transmissão analógica normalmente começam em um valor acima do zero para termos uma segurança em caso de rompimento do meio de comunicação.

• O gás mais utilizado para transmissão é o ar comprimido, sendo também o NITROGÊNIO e em casos específicos o GÁS NATURAL

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo pneumático – Vantagem

A grande e única vantagem em seu utilizar os instrumentos pneumáticos está no fato de se poder operá-los com segurança em áreas onde existe risco de explosão (centrais de gás, por exemplo).

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo pneumático – Desvantagem

a) Necessita de tubulação de ar comprimido (ou outro gás) para seu suprimento e funcionamento.

b) Necessita de equipamentos auxiliares tais como compressor, filtro, desumidificador, etc ..., para fornecer aos instrumentos ar seco, e sem partículas sólidas.

c) Devido ao atraso que ocorre na transmissão do sinal, este não pode ser enviado à longa distância, sem uso de reforçadores. Normalmente a transmissão é limitada a aproximadamente 100 m.

d) Vazamentos ao longo da linha de transmissão ou mesmo nos instrumentos são difíceis de serem detectados.

e) Não permite conexão direta aos computadores.

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo Hidráulico

• Similar ao tipo pneumático e com desvantagens equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da variação de pressão exercida em óleos hidráulicos para transmissão de sinal. É especialmente utilizado em aplicações onde torque elevado é necessário ou quando o processo envolve pressões elevadas.

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo Hidráulico

Vantagens

a) Podem gerar grandes forças e assim acionar equipamentos de grande peso e dimensão.

b) Resposta rápida.

Desvantagens

a) Necessita de tubulações de óleo para transmissão e suprimento.

b) Necessita de inspeção periódica do nível de óleo bem como sua troca.

c) Necessita de equipamentos auxiliares, tais como reservatório, filtros, bombas, etc...

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo elétrico

• Esse tipo de transmissão é feita utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.

• Face a tecnologia disponível no mercado em relação a fabricação de instrumentos eletrônicos microprocessados, hoje, é esse tipo de transmissão largamente usado em todas as indústrias, onde não ocorre risco de explosão.

• Assim como na transmissão pneumática, o sinal é linearmente modulado em uma faixa padronizada representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e máximo de uma variável de um processo qualquer.

• Como padrão para transmissão a longas distâncias são utilizados sinais em corrente contínua variando de (4 a 20mA) e para distâncias até 15 metros aproximadamente, também utiliza-se sinais em tensão contínua de 1 a 5V.

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo Elétrico - Vantagens

a) Permite transmissão para longas distâncias sem perdas.

b) A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que conduzem o sinal de transmissão.

c) Não necessita de poucos equipamentos auxiliares.

d) Permite fácil conexão aos computadores.

e) Fácil instalação.

f) Permite de forma mais fácil realização de operações matemáticas.

g) Permite que o mesmo sinal (4~20mA)seja “lido” por mais de um instrumento, ligando em série os instrumentos. Porém, existe um limite quanto à soma das resistências internas deste instrumentos, que não deve ultrapassar o valor estipulado pelo fabricante do transmissor.

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo Elétrico - Desvantagens

a) Necessita de técnico especializado para sua instalação e manutenção.

b) Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais em instalações localizadas em áreas de riscos.

c) Exige cuidados especiais na escolha do encaminhamento de cabos ou fios de sinais.

d) Os cabos de sinal devem ser protegidos contra ruídos elétricos.

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo Digital

• Nesse tipo, “pacotes de informações” sobre a variável medida são enviados para uma estação receptora, através de sinais digitais modulados e padronizados. Para que a comunicação entre o elemento transmissor receptor seja realizada com êxito é utilizada uma “linguagem” padrão chamado protocolo de comunicação

Classes dos Instrumentos3. Classificação por Sinal de TransmissãoTipo Digital - Vantagens

a) Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento.

b) Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos dados.

c) Imune a ruídos externos.

d) Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha.

e) Menor custo final.

Desvantagens

a) Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a comunicação entre

equipamentos de marcas diferentes.

b) Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a informação e/ou controle de várias malha.

Classes dos InstrumentosAlguns Arranjos Típicos de Instrumentos

Exem

plo

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ão

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Nív

el

Exem

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Classes dos Instrumentos - Exemplos➢Controlador indicador de Temperatura

Classes dos Instrumentos - Exemplos➢Controle em cascata – o controlador de vazão tem o seu ponto de controle

fixado por um controlador de nível.

Classes dos Instrumentos - Exemplos➢Indicador diferencial de temperatura

Classes dos Instrumentos - Exemplos➢Sinal de corrente elétrica que aciona válvula de controle pneumática

através de um conversor eletro-pneumático montado separadamente

Classes dos Instrumentos - Exemplos

➢Controle de Temperatura.