Curso bsico de InstrumentaoIndustrial10 e 11 de setembro 2007Marcelo Luz Pereira Arao!odri"o Corr#a $obiasCrono"rama% Introduo; Introduo; ISA Instrumentation Symbols and Identifications; ISA Instrumentation Symbols and Identifications; Grandezas de instrumentao; Grandezas de instrumentao; Variveis de processo; Variveis de processo; Especificaes !Grau de proteo" #lasse de presso" tipos deEspecificaes !Grau de proteo" #lasse de presso" tipos de cone$o" li%ao el&trica'; cone$o" li%ao el&trica'; (ipos de instrumentos; (ipos de instrumentos; #omparao entre instrumentos; #omparao entre instrumentos; (ipos de vlvula e al%umas caracter)sticas* (ipos de vlvula e al%umas caracter)sticas*Introduo%Instrumentao & definida como +a arte e ci,ncia da medio e controle* -ara isto sonecessrios dois elementos fundamentais em nossos sistemas.Instrumentos%/ispositivo0ue&utilizadoparamedir %randezascaracter)sticasdesistemas f)sicos* E$. 1edidores2 indicadores e c3aves*Atuadores% /ispositivos 0ue atuam e modificam as %randezas f)sicas do sistema* E$*. Vlvulas2 buzinas2 *** Amaioria dos processos industriais necessita de monitorao e controle de suasvariveis de processo* Estes controles podem ser divididos entre.Mal&a aberta%4 o sistema onde as variveis de entrada so medidas2 mas no so utilizadas paraa5uste de uma varivel dese5ada*Mal&a 'ec&ada%4 o sistema onde a varivel medida & utilizada para manipular a varivel 0ue se dese5acontrolar* 1antendo6a dentro dos limites dese5ados*Padronizao I(A% 7orma de simbolo%ia de identificao.7orma de simbolo%ia de sinais.7orma de simbolo%ia de instrumentos" funes.)e'ini*es%6 8an%e !9ai$a medida'9ai$ade valores davarivel medida"controlada 0ueestcompreendida dentrodoslimites superiores e inferiores de capacidade de medio*6 Alcance4 a diferena entre os valores superiores e inferiores do ran%e do instrumento*6 -onto de a5uste !Set -oint'4 o ponto onde o controlador & a5ustado para controlar a varivel dese5ada6 E$atido. 4 a caracter)stica de medio 0ue e$prime o afastamento entre asmedidasnele efetuada e o valor de refer,ncia aceito como verdadeiro*6 :isterese. /iferenam$ima0ueseobservanosvaloresindicadospeloinstrumento2 paraummesmo valor 0ual0uer da fai$a medida*/iferenam$ima0ueseobservanosvaloresindicadospeloinstrumento2 paraummesmo valor 0ual0uer da fai$a medida*-reciso4a a tolerancia de medio ou de transmisso do instrumento* ;imite de erroscometidos 0uando o instrumento & utilizado em condies normais de operao*SensibilidadeValor m)nimo 0ue a varivel deve mudar para 0ue o instrumento ten3a uma variao nasua indicao*8epetibilidade4 a a capacidade de reproduo da indicao2 repetidamente2 de valores id,nticos davarivel medida*+ari,eis de -rocesso%PressoPresso atmos'.rica. -resso ao n)vel do solo* #orrespondente a < atm no n)vel domar* Varia com a altitude e com as condies ambientais do localPresso!elati,a%-resses medidas comrefer,nciaapressoatmosf&rica* (amb&mc3amadas de presses manom&tricas ou presso efetiva*Presso Absoluta. -resso relativa = presso atmosf&rica7ota. 7a industria2 0uando se omite a refer,ncia2fica impl)cito 0ue a presso &atmosf&rica !relativa ou manom,trica'Pressoesttica%4asobrepressooudepressorelativacriadapelaatuaodeume0uipamento !ventilador2 bomba2 e$austor' ou pela altura da coluna de um l)0uido*Pressocin.tica. -ressodevidaavelocidadedeumfluidoemmovimentoemumduto*Presso total > -resso esttica = -resso cin&tica+azo4 definida como 0uantidade de fluido 0ue passa por uma seo reta de um duto2 porunidade de tempo*+azo mssica /0"1&2% 4 uma medio de massa do fluido por unidade de tempo*+olum.trica /m3&2% 4 uma medio de volume de fluido por unidade de tempo*)ensidade%)ensidade absoluta ou massa es-ec'ica /0"1m32%A densidade absoluta de uma subst?ncia & definida como a relao entre a sua massa e oseu volume.r>m"VA densidade absoluta & tamb&m uma propriedade espec)fica2 isto &2 cada subst?ncia puratem uma densidade pr@pria2 0ue a identifica e a diferencia das outras subst?ncias*)ensidade relati,a /adimensional2%A densidaderelativadeummaterial &arelaoentreasuadensidadeabsolutaeadensidade absoluta de uma subst?ncia estabelecida como padro* 7o clculo dadensidade relativa de s@lidos e l)0uidos2 o padro usualmente escol3ido & a densidadeabsoluta da %ua* No caso de gases, a densidade relativa tomada em relao ao ar ou aohidrognio. d = r/r!:AB'+iscosidade%A viscosidade pode, de modo geral, ser defina como a resistncia deformao, ou seja,a maior ou menor capacidade do fluido tomar a forma do recipiente que ocupa. A 0uantificao da viscosidade & facilmente entendida atrav&s da anlise do escoamentounidimensional de umfluidoem0ue se define umcon5untode camadas 0ue sedeslocam na mesma direo2 mas com velocidades diferentes*)in4mica/c- 5 0"'6s1m7 5 Pa6s2%A viscosidadedin?mica&definidaemfluidos7eCtonianoscomoarelaoentreatenso tan%encial de atrito e o %radiente da velocidade2 na direco normal aoescoamento*Cin.tica /m71s2% 4 a relao entre a viscosidade dinmica e a massa especfica8s-eci'ica*es%Se%ue abai$o al%umas tabelas e %rficos para especificao de %rau de proteo2 classede presso e tipos de cone$o para dimensionamento de instrumentos" e0uipamentos*5 9rau de -roteo(rata6se do %rau de proteo !I-'2 apresentado na norma 7D8 IE# EFGAH 6 IGrau deproteo para inv@lucros de e0uipamentos el&tricos !c@di%os I-'*Tab. I - Graus de proteo contra a penetrao de objetos slidos estranhos indicados pelo primeiro numeral caractersticoNumeral Descrio sucinta do grau de proteo0 No protegido 1 Protegido contra obetos s!lidos de " #0 mm e maior$Protegido contra obetos s!lidos de " 1$ mm e maior% Protegido contra obetos s!lidos de " $,# mm e maior& Protegido contra obetos s!lidos de " 1,0 mm e maior# Protegido contra poeira' (otalmente protegido contra poeiraTab. II - Graus de proteo contra a penetrao de gua indicados pelo segundo numeral caractersticoNumeral Descrio sucinta do grau de proteo0 No protegido 1 Protegido contra gotas d)*gua caindo verticalmente$ Protegido contra +ueda de gotas d)*gua caindo verticalmente com inv!lucro inclinado at 1#,% Protegido contra asperso d)*gua& Protegido contra proeo d)*gua# Protegido contra atos d)*gua' Protegido contra atos potentes d)*gua- Protegido contra e.eitos de imerso tempor*ria em *gua/ Protegido contra e.eitos de imerso cont0nua em *gua5 Classe de -ressoAbai$opodemos verificar os limites depressoparaal%uns tipos demateriais emfuno da temperatura5 Classe de -ressoAs cone$es t)picas para instrumentos e vlvulas costumam ser dos se%uintes tipos. :lan"eada. B instrumento & fornecido com flan%e 0ue & faceado contra o flan%edo processo & fi$ado atrav&s de parafusos* ;a'er%B instrumento&montadoentreflan%es e fi$ado atrav&sde parafusospassantes* !oscada%Binstrumento & roscado na tubulao* Jutilizada apenas parape0uenos di?metros* E$istem normas 0ue definem os padres comerciais dos flan%es dentre as 0uais a maisutilizada & a A7SI D Mv E0uao de Dernoulli. A e0uao de Dernoulli estabelece a relao entre as velocidadese a presso num fluido 0uando o di?metro da tubulao varia de uma seo F< para umaseo FA* Abai$o podemos verificar a forma %eral da e0uao de Dernoulli*!V !VATA'"A = !-A"' onde.V velocidade- presso 6 densidade/a e0uao acima podemos verificar o se%uinte. A relao entre V< e VA depende darelao de reduo das sees e & con3ecida2 a densidade & con3ecida para o fluido em0uesto* /essa maneira efetuando a medio da presso diferencial !-< -A' podemoscalcular a vazo do fluido*#3e%amos ento a se%uinte e0uao.Bnde O representa uma constante 0ue & definida a partir de vrios fatores como. tipo deelemento primrio2 taman3o do elemento primrio*Medidores de +azo -or Presso )i'erencial Constante /=rea +ari,el2Bs dispositivos de presso diferencial at& a%ora considerados t,m por base restriesde dimenso fi$a2 e a presso diferencial criada atrav&s deles modifica6se com a vazo* E$istem2 contudo2 dispositivos nos 0uais a rea da restrio pode ser modificada paramanter constante o diferencial de presso en0uanto muda a vazo; como por e$emplodeste princ)pio utilizaremos o rot?metro*!ot4metros%8ot?metros so medidores de vazo por rea varivel2 nos 0uais um flutuador variasua posio dentro de um tubo cRnico2 proporcionalmente L vazo do fluido*Dasicamente2 um rot?metro consiste de duas partes*,el -or !adarBs medidores dotiporadar funcionamdemodosemel3anteaoultra6sompodendoefetuar a medio atrav&s do tempo 0ue o sinal demora a voltar ate o sensor ou pelavariaodefre0S,ncia0ueocorreemumaonda0uandoamesmarefleteemal%ummeio*E$istem tamb&m os medidores do tipo radar de onda %uiada 0ue utilizam a transmissoatrav&s de 3astes ou cabos* 7o & afetado pela turbul,ncia2 presena de poeira2 vapor ouespuma*C&a,e de n,el do ti-o inclinaoSensor do tipo eletromec?nico onde um movimento an%ular atua em uma ampola demercVrio 0ue atua no contato de sa)da*C&a,e de >,el ti-o 8m-u@oSistema de deslocador com cabo2 onde o movimento resultante da mudana do n)vel dol)0uido aciona um sistema el&trico2 por acoplamento ma%n&tico* Muando utilizada emflu$os turbulentos deve ser usada com tubo de calma* -ode ser fornecida com ate FWpontos de atuao*C&a,e de >,el ti-o )ia'ra"maSistema de medio do tipo eletromec?nico onde o pr@prio material atua no diafra%mado sensor2 o deslocamento do diafra%ma atua um sensor indutivo alterando o estado docontato do mesmo*C&a,e de >,el ti-o 9ar'o +ibratArioSeu funcionamento baseia6se na vibrao da 3aste metlica por um cristal piezoel&tricocolocado em seu interior* Muando o material penetra entre os dois eletrodos varia afre0S,ncia de oscilao do cristal atuando no sinal de sa)da do instrumento*1edio de (emperatura(ipos. Dimetlicos2 bulbo capilar2 termistores2 termopar2 pirRmetros de radiao2semicondutores2 ultra6som2 $ermo-arNm termopar consiste de dois condutores metlicos2 de natureza distinta2 na forma demetais puros ou de li%as 3omo%,neas* Bs fios so soldados em um e$tremo ao 0ual sed o nome de 5unta 0uente ou 5unta de medio* A outra e$tremidade dos fios & levadaao instrumento de medio de f*e*m* ! fora eletromotriz '2 fec3ando um circuito el&tricopor onde flui a corrente* B ponto onde os fios 0ue formam o termopar se conectam aoinstrumento de medio & c3amado de 5unta fria ou de refer,ncia*Ba0uecimentoda5unodedois metais %eraoaparecimentodeumaf*e*m** Esteprinc)piocon3ecidopor efeitoSeebecUpropiciouautilizaodetermoparesparaamedio de temperatura* Btermopar %era ento umtenso da ordemde mV0ue representa o valor datemperatura medida*E$istem tabelas normalizadas 0ue indicam a tenso produzida por cada tipo de termoparpara todos os valores de temperatura 0ue suporta* -odemos verificar abai$o uma tabela0ue relaciona a tenso de sa)da $ temperatura media*As letrasemcada curvaidentificam o tipodotermopar* A diferena bsicaentreosvrios tipos est no material de construo de cada um*7as aplicaes prticas o termopar apresenta6se normalmente conforme a fi%ura acima *B sinal de f*e*m* %erado pelo %radiente de temperatura ! X( '$ermorresist#nciaBs m&todos de utilizao de resist,ncias para medio de temperatura iniciaram6se aoredor de