Apostila Instrumentacao

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SUMÁRIO TÓPICO PÁG. UAI – UNIDADE DE APRENDIZAGEM I........................................... 08 CONCEITO............................................................................................. 09 CLASSES DE INSTRUMENTOS........................................................... 10 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS..................... 16 SIMBOLOGIA ....................................................................................... 18 UAII – UNIDADE DE APRENDIZAGEM II ...................................... 22 MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS...................................................................23 UAIII – UNIDADE DE APRENDIZAGEM III ................................... 57 AUTOMAÇÃO (HISTÓRICO).............................................................. 58 TRANSMISSORES E CONTR. ELETRÔNICOS ANALÓGICOS......59 7

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SUMÁRIO

TÓPICO PÁG.

UAI – UNIDADE DE APRENDIZAGEM I........................................... 08

CONCEITO............................................................................................. 09

CLASSES DE INSTRUMENTOS........................................................... 10

CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS..................... 16

SIMBOLOGIA ....................................................................................... 18

UAII – UNIDADE DE APRENDIZAGEM II ...................................... 22

MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS...................................................................23

UAIII – UNIDADE DE APRENDIZAGEM III ................................... 57

AUTOMAÇÃO (HISTÓRICO).............................................................. 58

TRANSMISSORES E CONTR. ELETRÔNICOS ANALÓGICOS......59

EXERCÍCIO ......................................................................................... 60

BIBLIOGRAFIA................................................................................... 65

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Page 2: Apostila Instrumentacao

UAI – CLASSES DE INSTRUMENTOS . CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INSTRUMENTOS . SIMBOLOGIA .

OBJETIVOS :

Explicar o conceito o conceito de instrumentação e sua utilização.

Identificar instrumentos através de sua simbologia.

HABILIDADES :

Avaliar a precisão dos instrumentos de medição.

Identificar instrumentos de medição e controle.

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INSTRUMENTAÇÃO

I - CONCEITO

Instrumentação: é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para adequação de instrumentos de indicação, registro e controle das variáveis em equipamentos nos mais variados processos industriais.

Instrumentos são ferramentas indispensáveis para estabelecer e manter os padrões de qualidade que identificam um produto a ser fabricado. São usados para controlar as variáveis em um processo ou sistema tão precisamente quanto necessário, a fim de alcançar as especificações do produto em composição, forma, cor ou acabamento.

Cada instrumento ou sistema possui três dispositivos básicos:

Detetor ou sensorDispositivo de transferência intermediário (transdutor)Dispositivo de saída

Do ponto de vista de produção, o processo é geralmente tomado como o lugar onde os materiais e a energia se juntam para produzir um produto desejado.

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DetetorDispositivo

intermediário(transdutor)

Dispositivo de saída

Para melhor entender sobre o conteúdo deste fascículo, vamos conhecer os conceitos da Instrumentação Básica!

VEJA:

ATENÇÃO!

Page 4: Apostila Instrumentacao

Do ponto de vista de controle, o processo é identificado como tendo uma ou mais variáveis associadas e que são importantes o suficiente para que seus valores sejam conhecidos e controlados pela malha de instrumentos. O processo é considerado como qualquer operação ou serie de operações que produza um resultado final desejado. Sob o ponto de vista do tempo e do tipo de operação envolvida, o processo pode ser classificado em:

- contínuo: a matéria-prima entra num lado do sistema e o produto sai do outro lado continuamente.- batelada: uma dada quantidade de material é processada através de passos unitários, cada passo sendo completado antes de passar para o seguinte.- manufatura: cada item a ser fabricado é processado em uma etapa como um item separado e individual.

Nas indústrias de processo, tais como: química, petroquímica, siderúrgica, alimentícia, cimento, têxtil, papel, etc, a Instrumentação se faz presente, tirando rendimento máximo dos processos, fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaboração do produto desejado. As grandezas que traduzem transferencia de energia no processo podem ser: pressão, nível, vazão, temperatura, densidade, velocidade, viscosidade, peso, etc. as quais denominamos de variáveis de processo ( Qualquer quantidade física que possui valor alterável no tempo). As variáveis podem ser classificadas em:

- controlada: tipicamente, é a variável escolhida para representar o estado dos sistema. É o parâmetro que indica a qualidade do produto ou as condições de operação do processo. É aquela que se deseja manter constante, porque há influência de outras variáveis tendendo a modificar seu valor. A variável controlada determina o tipo e o tag da malha de controle.

- medida: é a que determina o tipo de elemento sensor. As variáveis são medidas para fins de indicação, registro, alarme, totalização e controle.

- manipulada: é aquela escolhida para controlar o estado do sistema. É atuada pelo controlador para alterar o valor da variável controlada. A variável manipulada determina o tipo de elemento final de controle.

Além das variáveis citadas, de interesse direto para o controle de processos, existem outras variáveis que afetam o desempenho do processo e, podem ser chamadas distúrbios. Como seu controle direto é muito difícil, deve-se aprender a conviver com elas e ajustar o sistema para compensar convenientemente sua influencia.II - CLASSES DE INSTRUMENTOS

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IMPORTANTE!

VAMOS ENTENDER!

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A malha de controle mais simples possível é constituída de um controlador ligado diretamente a válvula de controle que atua no processo. Na prática, por questão das grandes distâncias envolvidas, dos demorados tempos de respostas, da necessidade de condicionamento de sinais mal comportados, da vantagem da linearização de sinais quadráticos, da exigência de compatibilidade de sinais com natureza distintas, a malha de controle possui outros instrumentos para executar estas funções auxiliares e operacionais .O sistema de controle do processo é constituído basicamente pelo processo em si e pela malha de instrumentos de medição e de controle.Os principais instrumentos são: o indicador, o registrador, o transmissor, o transdutor, o controlador, o computador matemático, o integrador, o contador, a estação manual de controle e a válvula de controle.

Elemento Sensor

Para se fazer o controle de uma variável, é necessário, antes de tudo, medir o seu valor. O componente básico de medição é o elemento sensor. Este elemento não é um instrumento completo, mas faz parte do transmissor ou do controlador. O tipo do elemento sensor depende da variável medida. Veja na figura abaixo um exemplo de sensor.

Célula capacitiva

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PRESTE ATENÇÃO!

IMPORTANTE!

Page 6: Apostila Instrumentacao

O sensor pode ser de natureza mecânica ou eletrônica. O sensor mecânico sente a variável do processo e gera uma força ou movimento mecânico. O sensor eletrônico ativo sente a variável e gera na saída uma corrente ou uma tensão elétrica e não necessita de alimentação; o sensor eletrônico passivo requer uma tensão de alimentação e varia uma grandeza elétrica passiva, como a resistência, capacitância ou indutância.

Indicador

O indicador é o instrumento que sente uma variável de processo e mostra esta variável através do conjunto escala-ponteiro (analógico) ou através de números (digital). O indicador pode ser remoto ou local, mecânico, pneumático ou eletrônico.

Registrador

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PRESTE BEM ATENÇÃO!

VEJA A IMPORTÂNCIA DE CADA INSTRUMENTO!

Page 7: Apostila Instrumentacao

O registrador é o instrumento que sente uma variável de processo e imprime o valor desta variável em um gráfico através de uma pena. O registrador pode ser remoto ou local. O registrador pode ser contínuo, com 1 a 4 penas, ou multiponto, com o registro descontínuo de 6, 12 ou 24 pontos . O gráfico pode ser circular ou em tira. O gráfico de tira pode ser em rolo ou sanfonado. O acionamento do gráfico pode ser mecânico, elétrico e raramente pneumático.

Atualmente o registrador está sendo substituído, com vantagens, pelo computador digital usado para aquisição de dados (data logger).

O computador digital utiliza suas vantagens inerentes de alta velocidade, de grande capacidade de armazenamento de dados, de possibilidade de mostrar os gráficos em telas de vídeo e de imprimir os dados em formulários contínuos.

Transmissor

O transmissor é um instrumento que sente a variável de processo e gera na saída um sinal padrão, proporcional ao valor desta variável. Pode-se usar o transmissor para enviar um sinal padrão a grandes distâncias para ser manipulado remotamente e para permitir a centralização e a padronização dos instrumentos da sala de controle.

Os sinais padrões são:

a - pneumático, de 3 a 15 psig ou 0,2 a 1,0 Kgf/cm2 b - eletrônico, de 4 a 20 mAcc.

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IMPORTANTE!

VEJA:!

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São pouco usados: 10 a 50 mAcc ( nível elevado e perigoso) 1 a 5 Vcc (tensão não é conveniente para a transmissão )

Já são disponíveis transmissores que incorporam o microprocessador em seu circuito eletrônico. Isto possibilita e facilita as operações de computação matemática, de alarme, de sequência lógica e de intertravamento. São os chamados transmissores inteligentes.

Controlador

O controlador é o principal instrumento da malha de controle. É o instrumento que recebe dois sinais: a medição da variável e o ponto de ajuste (set point).

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CURIOSIDADE:

VOCÊ SABIA QUE:

Page 9: Apostila Instrumentacao

A função específica do controlador é a de comparar estes dois valores e gerar automaticamente um sinal de saída para atuar a válvula, de modo a diminuir ou eliminar a diferença entre a medição e o ponto de ajuste.

O controlador detecta os erros entre o valor da medição da variável de processo e o ponto de ajuste, respondendo, instantaneamente, de acordo com os modos de controle e seus ajustes.

Normalmente o controlador recebe o sinal de um transmissor enviando o sinal de saída para um elemento final de controle.

Conversor

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IMPORTANTE!

VOCÊ SABIA QUE?

Page 10: Apostila Instrumentacao

Entre a válvula de controle e o controlador pode-se ter outro instrumento condicionador de sinal ? o conversor.

O conversor é o instrumento que converte o sinal padrão pneumático no sinal padrão de corrente eletrônica (P/I) ou vice - versa (I/P). Tipicamente usa-se o conversor I/P entre o controlador eletrônico e a válvula com atuador pneumático. De um modo geral, o conversor permite o uso de instrumentos pneumáticos e eletrônicos na mesma malha.

Elemento final de controle

O elemento final de controle é chamado normalmente de válvula de controle e atua diretamente no agente de controle, manipulando uma variável que tenha influência significativa na variável controlada.

III - CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS INTRUMENTOS

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VOCÊ SABIA QUE?

OBSERVE AS CONSIDERAÇÕES A

SEGUIR:

Page 11: Apostila Instrumentacao

As características de desempenho do instrumento são importantes pois elas constituem a base para a escolha do instrumento mais adequado para a aplicação especifíca. O instrumento possui características estáticas (acuidade, linearidade, repetibilidae, reprodutibilidade, rangeabilidade e sensitividade) e dinâmicas (velocidade de resposta, fidelidade, atraso e erro dinâmico).

Precisão (precision)

É o grau de concordância mútua e consistente entre várias medições individuais, principalmente relacionada repetibilidade e reprodutibilidade. A precisão é uma medida do grau de liberdade dos erros aleatórios do instrumento. A precisão é a qualidade que caracteriza um instrumento de medição dar indicações equivalentes ao valor verdadeiro da quantidade medida. A precisão está relacionada com a qualidade do instrumento.

boa precisão ruim precisão exato grande repetibilidade pequena repetibilidade grande repetibilidade

A precisão pode ser expressa de diversas maneiras, como:

a - percentagem do spanb - percentagem do valor medidoc - percentagem do valor máximo da escala do instrumentosd - percentagem do comprimento da escalae - direto em unidade de engenharia

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IMPORTANTE:

VOCÊ SABIA QUE?

EXEMPLIFICANDO

Page 12: Apostila Instrumentacao

Para ilustrar a acima exposto vamos utilizar dois termômetros com escala de 0-100 C e precisão expressa em 1% do valor máximo da escala ( caso A) e 1% do valor medido ( caso B).

Observe nas tabelas a e b, o desempenho de cada termômetro quando submetidos a variação de temperatura de 0 a 100 C.

Temp. C Erro percentual = 1%*100 C

Limites de Indicação do termômetro

C10 10 9 a 1120 5 19 a 2130 3,3 29 a 3140 2,5 39 a 4150 2 49 a 5160 1,7 59 a 6170 1,4 69 a 7180 1,3 79 a 8190 1,1 89 a 91

Caso A

Temp. C Erro absoluto = 1%*100 C

Limites de Indicação do termômetro

C10 0,1 9,9 a 10,120 0,2 18,8 a 20,230 0,3 29,7 a 30,340 0,4 39,6 a 40,450 0,5 49,5 a 50,560 0,6 59,4 a 60,670 0,7 69,3 a 70,780 0,8 79,2 a 80,890 0,9 89,1 a 90,9

Caso B

Analisando as duas tabelas concluimos que enquanto o termômetro do caso A, melhora seu desempenho à medida que a temperatura aumenta o caso do B piora.

IV – SIMBOLOGIA

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ATENÇÃO!

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As normas de instrumentação estabelecem símbolos gráficos e codificação para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas, que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação. Para facilitar o entendimento do texto deste trabalho, mostra-se a seguir a essência da norma ANSI/ISA-S5.l ( Instrumentation Symbols and Identification ) da Iternational Society for Measurements and

Letras de identificação de instrumentos ou função programada.

De acordo com esta norma, cada instrumento ou função programada será identificado por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que

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Page 14: Apostila Instrumentacao

indica a malha à qual o instrumento ou função programada pertence. Eventualmente, para completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo.

A seguir temos um exemplo de instrumento identificado de acordo com a norma em referência.

INDENTIFICAÇÃO DO INSTRUMENTO

F IC 100 05 B

VARIÁVEL FUNÇÃO ÁREA DE ATIVIDADE

N DE SEG. DA MALHA

SUFIXO

IDENTIFICAÇÃO FUNCIONAL IDENTIFICAÇÃO DA MALHA

FIC-100-05B

F - variável medida ou iniciadora: vazãoI - função passiva ou de informação: indicadorC - função ativa ou de saída: controlador100 - área de atividade, onde o instrumento ou função programada atua05 - número seqüencial da malhaB - sufixo

Símbolos gerais utilizados para representar instrumento ou função programada.

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VEJA:

ONDE:

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A figura abaixo mostra os símbolos e funções de processamento de sinais (relés).

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Símbolos utilizados para representar linhas para instrumentos ou funções programadas, de acordo com a norma em referência.

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Page 17: Apostila Instrumentacao

UA II – MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS

OBJETIVOS:

Explicar os conceitos das principais variáveis de processo.

Identificar a necessidade de utilização e aplicação dos instrumentos de controle e medição.

Compreender o princípio de funcionamento do instrumento.

HABILIDADES:

Fazer leituras de pressão e temperatura. Comparar a leitura feita no instrumento no

campo com o valor padrão. Identificar anomalias no sistema em relação a

leitura padrão. Realização medição direta e indireta,

identificando a intervenção a ser feita no sistema.

Converter unidades de grandezas, identificando a variável a ser manipulada.

V - MEDIÇÃO DE VARIÁVEIS

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Page 18: Apostila Instrumentacao

MEDIÇÃO DE PRESSÃO

É a determinação da pressão dos fluidos nos processos, por meio de instrumentos.Pressão é a relação entre uma força e a superfície sobre a qual ela atua.

F P = F S 90

S

Pressão atmosférica é a pressão devida ao peso do ar existente sobre uma área unitária ao nível do mar. Ela varia, portanto, conforme o local, pois o peso do ar atmosférico depende da altitude e das condições meteorológicas do local.

Normalmente a pressão é medida em relação à pressão atmosférica existente no local e neste caso é chamada de pressão efetiva, pressão relativa ou pressão manômetrica e pode ser positiva ou negativa.

A pressão menor que a pressão atmosférica é chamada vácuo. A pressão absoluta é a pressão positiva a partir do vácuo perfeito, ou seja, a soma da pressão atmosférica do local e a pressão efetiva.

P relativa P absoluta

0 P atmosférica 760 mm Hg

0 Vácuo totalA maior parte dos medidores de pressão mede pressão relativa, isto é, pressão a partir da pressão atmosférica.

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POR EXEMPLO:

IMPORTANTE!

ATENÇÃO!

Page 19: Apostila Instrumentacao

Pressão relativa = Pressão absoluta - Pressão atmosférica

Em casos especiais é medida a pressão absoluta, ou seja, a partir do vácuo absoluto.Pressão absoluta = Pressão relativa + Pressão

Pressão diferencial

A tomada da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão; a pressão atuante na câmara de alta pressão é a soma da pressão exercida sob o líquido e a da coluna do líquido . A câmara de baixa pressão é conectada somente à pressão exercida sob a superfície.Caso a tomada de impulso de baixa pressão opere com líquido, seja de selo ou de condensado, o zero do instrumento é acertado no ajuste de elevação-supressão. -

P1

P2

Tabela de conversão das unidades de pressão mais usuais

Kgf/cm2 PSI Pol Hg Pol H2O Atm mm Hg mm H2O KpaKgf/cm2 1 14,233 28,96 393,83 0,9678 753,58 10003 98,07PSI 0,0703 1 2,036 27,689 0,068 51,71 703,29 6,895Pol Hg 0,0345 0,4911 1 13,599 0,0334 25,399 345,40 3,3863Pol H2O 0,0025 0,03611 0,07353 1 0,00245 1,8677 25,399 0,24901Atm 1,0332 14,696 29,923 406,933 1 760,05 10335 101,332mm Hg 0,00135 0,01933 0,03937 0,5354 0,00131 1 13,598 0,13332mm H2O 0,00009 0,00142 0,00289 0,03937 0,00009 0,07353 1 0,0098Kpa 0,01019 0,1450 0,29529 4,0158 0,00986 7,50056 101,998 1

Correspondendo respectivamente ao tipo de pressão a que se destina a medição, existem três categorias de medidores de pressão:

a - Medidores de pressão absoluta:

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ATENÇÃO!

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Para pressões baixas, isto é, em geral abaixo de 3 atmosferas.

b - Medidores de pressão efetiva Chamados manômetros ou vacuômetros.

c - Medidores de pressão diferencial. Para medição de pressão diferencial temos alguns tipos de dispositivos usados nas tomadas de impulso de pressão :

- Tubo de Bourdon (em forma de C, espiral ou helicoidal) - Membrana - Fole

- Tubo de Bourdon

É o tipo de manômetro mais empregado. Consta de um tubo metálico de seção transversal elíptica, tendo uma de suas extremidades fechada e ligada a uma alavanca que aciona o mecanismo de indicação. A alavanca fixa ao tubo de Bourdon aciona uma outra alavanca dentada e essa, por sua vez, se move em torno de um ponto fixo, transmitindo seu movimento ao ponteiro.

A pressão age sobre as paredes internas do tubo de Bourdon, o qual tende a tomar a forma de um tubo de seção circular, provocando um deslocamento no sentido longitudinal e movimentando o mecanismo de indicação. Os tubos de Bourdon industriais podem ter diversos tamanhos e são constituídos em forma de "C", em espiral ou ainda em forma helicoidal, dependendo da pressão a ser medida.

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IMPORTANTE!

NÃO ESQUEÇA...

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Em instrumentação o manômetro em forma de "C" é para uso em geral, fazendo indicações de pressões até 1000 kgf/cm2. O espiral é para pressões de 1kgf/cm2 a l5kgf/cm2 e o helicoidal para pressões superiores a l5kgf/cm2, de maneira geral.

Helicoidal Espiral

Vantagens:

As principais vantagens dos tipos espiral e helicoidal são:

- movimento de maior amplitude- mais força- resposta mais rápida- isenção da faixa morta- maior precisão

Os materiais mais empregados na fabricação de manômetros com tubo de Bourdon são ligas de cobre-níquel e bronze fosforoso, por terem baixos coeficientes de dilatação e possuírem boa elasticidade. O aço inoxidável também é utilizado na confecção do tubo de Bourdon sendo sua precisão muito menor.

Observação - Devido a elasticidade do material ser ilimitada, deve-se utilizar o manômetro dentro da faixa para a qual foi construído a fim de não deformar definitivamente o tubo de Bourdon. Por outro lado, o uso de pressões muito abaixo de sua limitação provocará imprecisão na indicação.

Membrana ou diafragma

É constituído por um disco de material elástico (metálico ou não) , fixo pela borda. Uma haste fixa ao centro do disco está ligada a um mecanismo de indicação.

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VOCÊ SABIA QUE?

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Quando uma pressão é aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento é proporcional à pressão aplicada. O diafragma geralmente é ondulado ou corrugado para aumentar sua área efetiva.

Muitos materiais se prestam para a fabricação de diafragmas, por exemplo, teflon, borracha, liga de bronze fosforoso etc.

Algumas vezes dois ou mais diafragmas são unidos para formar uma cápsula.

Fole

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IMPORTANTE...

CURIOSIDADE:

VOCÊ SABIA QUE:

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O fole é também muito empregado na medição de pressão. Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou sanfonado, fabricado com uma lâmina fina de bronze fosforoso, aço inoxidável ou outros materiais de boa flexibilidade.

Quando uma pressão é aplicada ao interior do fole, provoca sua distensão, e como ela tem que "vencer" a flexibilidade do material, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada. Do mesmo modo, se a pressão for aplicada à parte externa, provocará a contração do fole.

O manômetro de fole é utilizado apenas para medir baixas pressões.

MEDIÇÃO DE NÍVEL

Nível é a altura do conteúdo de um reservatório. O conteúdo pode ser sólido ou líquido.Poderemos manter um nível de líquido em um recipiente para duas finalidades principais:

a - avaliação de estoque de tanques de armazenamentob - controle de processos contínuos onde existam volumes líquidos de acumulação temporária, amortecimento, residência, retirada , etc.

Tipos básicos de medição de nível :

MEDIÇÃO DIRETA

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VAMOS ENTENDER COMO SE DÁ A MEDIÇÃO DE NÍVEL:

Page 24: Apostila Instrumentacao

Efetuada sob a superfície do líquido geralmente com o emprego de flutuadores, ou através de visores de nível.

Visor de Nível

Usa-se o princípio de vasos comunicantes; o nível é observado por um visor de vidro especial, podendo haver uma escala graduada acompanhando o visor. Esta medição é feita em tanque aberto e tanque fechado.

Medição de Nível por Bóia

Consiste numa bóia presa a um cabo que tem a sua extremidade ligada a um contra peso. No contrapeso esta fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente encontrada em tanques abertos.

0%

100%

Em tanques fechados e pressurizados, a bóia é fixada por uma fita metálica que tem a outra extremidade presa a uma roldana acionada por uma mola. Esta roldana irá transmitir, mecanicamente ou magneticamente, o movimento para um conjunto de engrenagens de um totalizador.

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VEJA COM BASTANTE ATENÇÃO:

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MEDIÇÃO INDIRETA

Neste tipo de medição são usadas propriedades físicas ao nível , como: pressão e empuxo.

Medição de Nível por pressão hidrostática

Para esta medição usa-se a própria pressão exercida pelo líquido. A indicação, porém, será de acordo com o peso específico desse líquido. Se medirmos a pressão "P" exercida por uma coluna líquida no fundo de um reservatório, o nível em função da altura "h" do líquido será dado pela equação:

h = P

onde:

h = nívelP = pressão no fundo do tanque = peso específico do líquido

Na figura abaixo temos uma faixa de 0% a l00% onde desejamos medir o nível. Quando o nível estiver em 0% da faixa, haverá uma coluna que provocará a elevação do zero do instrumento. Esta elevação é compensada através do parafuso de ajuste de elevação-

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OBSERVE:

Page 26: Apostila Instrumentacao

supressão, que, normalmente, vem adicionado ao tipo de instrumento utilizado para esta medição. Com este ajuste, recolocamos o ponteiro em zero.

100%

elevação 0%

Medição de Nível por Pressão Diferencial em Tanques Fechados e Pressurizados

A tomada da parte de baixo do tanque é conectada à câmara de alta pressão; a pressão atuantena câmara de alta pressão é a soma da pressão exercida sob o liquido e a da coluna do líquido. A câmara de baixa pressão é conectada somente à pressão exercida sob a superfície. Caso a tomada de impulso de baixa pressão opere com líquido, seja de selo ou de condensado, o zero do instrumento é acertado no ajuste de elevação-supressão.

Medição de Nível por Empuxo

Baseado no principio de Arquimedes usa-se um flutuador que sofre o empuxo do nível de um liquido, transmitindo para o indicador este movimento, por meio de um tubo de torção (anterior).

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O medidor deve ter um dispositivo de ajuste para densidade do líquido cujo nível estamos medindo, pois o empuxo varia com a densidade.

Nível de sólidos

É necessário medir o nível dos sólidos, geralmente em forma de pó ou grãos, em silos, alto-fornos etc. pelos mesmos motivos da medição de nível dos líquidos. Esta medição é comumente feita por dispositivos eletro-mecânicos, onde é colocada uma sonda sobre a carga ou conteúdo. O cabo da sonda movimenta um transdutor eletro-mecânico, que envia um sinal para um indicador com escala graduada para nível.

MEDIÇÃO DE VAZÃO

Vazão é a quantidade volumétrica ou gravimétrica de fluído que passa através da seção de uma tubulação em uma unidade de tempo considerada.

Vazão em volume: É por definição, o volume do fluído que escoa através de uma certa seção num intervalo de tempo.

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SAIBA QUE:

Page 28: Apostila Instrumentacao

Vazão = Volume Q = V Tempo T

ou ainda:

Vazão = Área x Velocidade x Tempo Tempo

logo: Vazão = Área x Velocidade

Unidades: m3/h; l/min; l/s; m3/s; GPM; IGPM; SCFM

GPM - galão por minutoIGPM- galão imperial por minutoSCFM- pés cúbicos “standard" por minuto, temperatura de 6OF e 14,696 Psia de pressão atmosférica (l5',55 C)

Vazão em massa: É a quantidade de massa de um fluido que atravessa a seção de tubulação na unidade de tempo considerado.

Vazão = Massa Q = M Tempo T

Unidades: UTM; Kg/s; g/s; Kg/h

UTM - unidade técnica de massaKg - Quilograma ( massa )g - grama ( massa ) .

Vazão em peso

É o peso do fluído que atravessa uma seção na unidade de tempo considerado.

Vazão = Peso Q = P Tempo T

Unidades: Kgf/s; N/s; Ton/h

Kgf = Quilograma forçaN = NewtonTon = Toneladas

Relações principais

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Page 29: Apostila Instrumentacao

l galão = 3,7853 litros l galão imperial = 4,545 litros l SCFM = 0,0283168 m3/min. 1 m3 = 1000 litros l litro = 1000 cm3 1 m3 = 35,8147 pés cúbicosl barril = 42 galões = 159 litros1 m3 = 264,18 galõesl libra = O,4536 Kgl Kg = 2,2046 libras

- Dentre os variados tipos de medidores de vazão , citaremos alguns dos mais importantes :

Medidores de vazão por Pressão Diferencial

A teoria para medição de vazão por pressão diferencial foi desenvolvida inicialmente em 1738 por Daniel Bernoulli o qual aplicou-a a diversos tipos de fluídos.A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários colocados na tubulação de forma tal que o fluído passa através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluído diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode então ser medida a partir desta queda.A equação básica à:

Q = K P

onde:

Q = VazãoK = Constante em relação ao elemento primáriop = Pressão diferencial gerada

Para se medir a vazão de um fluido por esse método são necessários dois dispositivos:

a - Um elemento primário capaz de provocar uma perda de pressão do fluido;b - Um medidor ( geralmente transmissor ) de pressão diferencial capaz de medir essa perda.

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IMPORTANTE SABER:

VEJA:

Page 30: Apostila Instrumentacao

A principal vantagem dos medidores de vazão por pressão diferencial é que estes podem ser aplicados para a maioria dos gases e líquidos inclusive fluídos com sólidos em suspensão bem como fluídos viscosos, para uma faixa ampla de pressões e temperatura.

Apresenta como desvantagens o fato de que a perda de carga (P ) desenvolvida sobre esses medidores se constituem em energia irrecuperável que está sendo retirada do processo através da geração de calor e ruído.

Podemos observar a variação de pressão do fluido ao longo da tubulação, nas proximidades da placa de orifício.

Placa de Orifício

Dentre todos os dispositivos que podem ser inseridos na tubulação para se criar uma pressão diferencial, a placa de orifício se constitui num instrumento de construção simples, robusto e de baixo custo, tornando-se o mais utilizado na maioria dos processos industriais.

A placa de orifício consiste de uma placa precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação, a espessura poderá variar de 1/16"a 1/4" de acordo com o diâmetro da tubulação.

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CURIOSIDADES!

IMPORTANTE!

Page 31: Apostila Instrumentacao

Seu desempenho quando bem dimensionada e confeccionada com materiais adequados, pode-se predizer com facilidade a relação entre a vazão e a pressão diferencial correspondente. Três tipos padrões são conhecidos. A mais utilizada é a placa com furo circular concêntrico com a linha central do tubo. Do lado da entrada do fluido a borda do furo deve ser em ângulo reto e do outro lado deve ser chanfrada a 45. Outro tipo de placa é a excêntrica, geralmente usada para fluídos contendo material pesado. A placa com furo segmentado é empregada para fluídos contendo sólidos em suspensão.

É essencial que a borda do orifício esteja em perfeitas condições. Caso estas se apresentem desgastadas ou corroídas, a precisão da medição será comprometida.- Formas de instalação do medidor de vazão em determinados fluídos : Vazão de gás

O medidor deve estar localizado acima do elemento primário.

Vazão de vapor

O medidor deve estar instalado abaixo do elemento primário.

Vazão de líquido

O medidor deve estar instalado abaixo do elemento primário.

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OBSERVE!

Page 32: Apostila Instrumentacao

Bocais de Vazão ( Flow Nozzle)

São elementos colocados diretamente na linha de vazão, e que provocam uma pressão diferencial por restringirem o fluxo.

Bocais são usados principalmente na medição de vapor e outros fluidos com alta velocidade, dada sua alta resistência a abrasão.

O bocal permite vazões 60% superiores às da placa de orifício para as mesmas condições de serviço. Sua perda de carga está em torno de 30 à 80% da pressão diferencial total.

Apresentam um custo de 8 à 16 vezes maior que uma placa de orifício, além de uma maior dificuldade para instalação.

Precisão

Apresentam uma precisão em torno de O,95 à 1,5% do span.

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ATENÇÃO!

Page 33: Apostila Instrumentacao

Tubo de Pitot

É um dispositivo utilizado para medição de vazão através da velocidade detectada em um determinado ponto da tubulação.

O tubo Pitot possui duas aberturas para a medição das pressões, uma perpendicular ao eixo do fluxo, sendo esta a tomada de baixa pressão e a outra com frente para o fluído, fornecendo ponto de impacto é a tomada de alta pressão. A diferença entre a pressão total e a pressão estática da linha nos dá a pressão dinâmica, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.

Visto que o tubo Pitot só mede a velocidade no ponto de impacto, o resultado da medição depende da localização desse ponto. Multiplicando-se a velocidade pela área da seção transversal, obtem-se a vazão. Devido ao fato dele ser muito sensível a perturbações na vazão a montante, recomenda-se um trecho reto de uns 20 diâmetros a montante.

Podem ser utilizados em fluídos incompressíveis como em fluídos compressíveis.

Sua maior aplicação seria na medição de vazão de fluídos limpos em grande tubulações, devido a simplicidade e fácil instalação. Apresentam uma baixa perda de pressão.

Precisão

A precisão apresentada por este tipo de medidor é baixa e está em torno de 1,5 à 4% do range utilizado.

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VEJA!

VEJA:

IMPORTANTE:

Page 34: Apostila Instrumentacao

Medidores por área variável.Rotâmetro

O rotâmetro é o tipo de medidor de vazão por área variável mais utilizado industrialmente.

Esses medidores possuem características, como:

a - O fluxo que passa pelo medidor causa uma mudança de posição de uma peça móvel e consequentemente na área de passagem.b - A posição da peça móvel, representativa da vazão, é acoplada direta ou indiretamente ao mostrador do instrumento, possibilitando uma leitura direta.c - A escala será, em princípio, aproximadamente linear.d - Não necessitam de trecho reto de tubulação para sua instalação.

Um rotâmetro possui um flutuador colocado dentro de um tubo de diâmetro variável, geralmente de vidro. O lado do diâmetro menor está na parte inferior e é a entrada do fluido. O flutuador alcança uma posição de equilíbrio que é proporcional ao escoamento quando a força ascendente do fluido, passando pelo espaço anular, torna-se igual ao peso ( força descendente ) do flutuador. A vazão pode ser lida diretamente em uma escala graduada.

Medidores por Velocidade

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VEJA:

Page 35: Apostila Instrumentacao

Conhecendo-se a área de passagem de um fluído bem como sua velocidade de escoamento, podemos determinar a vazão. Entre os elementos que utilizam este princípio temos o medidor tipo Turbina , é utilizado em dutos fechados e o medidor magnético :

Medidor de Turbina

Esse instrumento consiste de uma turbina (rotor),dois suportes: um anterior e outro posterior, um eixo e um elemento sensor acondicionado num tubo de material não magnético.O fluído, passando pelo medidor, gira o rotor com uma velocidade angular proporcional (dentro de certos limites de vazão e viscosidade cinemática) a velocidade e, portanto, à vazão volumétrica do fluído.

Por sua vez, o sensor é composto por um forte imã permanente junto a uma bobina. As pás do rotor são feitas de material ferroso, corta as linhas de campo do imã. Por isso, as pás passando pelo sensor, distorcem esse campo magnético que agora sendo variável, induz pulsos de tensão na bobina, cuja frequência é proporcional a vazão do fluído.

Uma característica do medidor de turbina, conhecida como Coeficiente do Medidor, é o fato dele fornecer um numero conhecido de pulsos para um dado volume medido.

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VOCÊ SABIA QUE:

IMPORTANTE!

LEMBRE-SE:

Page 36: Apostila Instrumentacao

Sua precisão é excelente, tanto para medição de vazão instantânea como para totalização.

2.4 Medidor Magnético

Os medidores magnéticos de vazão usam como princípio a Lei de indução de Faraday.Essa lei determina que o movimento relativo entre um condutor e um campo magnético desenvolve uma voltagem no condutor. A voltagem induzida é proporcional à velocidade relativa ao comprimento do condutor e ao campo magnético. Este é o mesmo princípio utilizado em geradores de corrente continua e alternada. Esses medidores precisam que o fluído tenha um mínimo de condutividade para atuar como condutor.

O medidor é instalado na tubulação entre flanges padronizados. É composto basicamente de um tubo cilíndrico, duas bobinas colocadas no tubo frente a frente para a formação do campo magnético e dois eletrodos fixados perpendicularmente em relação as bobinas que são alimentadas com a tensão da rede.

O sinal elétrico gerado é amplificado por um transmissor montado sobre o tubo cilíndrico (montagem integral) ou a distância (montagem remota) e que envia um sinal de 4 a 20mA a um indicador ou registrador de vazão.

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VAMOS ESTUDAR OS MEDIDORES MAGNÉTICOS!

ATENÇÃO!

Page 37: Apostila Instrumentacao

MEDIÇÃO DE TEMPERATURA

Calor é uma das formas mais comuns de energia que se origina da energia cinética das moléculas dos corpos. Quantidade de calor é a energia cinética total das moléculas.

Temperatura é a energia cinética média das moléculas.

Chama-se temperatura de um corpo a grandeza que caracteriza o nível de calor do corpo. Aquecendo-se um corpo, acrescenta-se-lhe calor, elevando a sua temperatura. Portanto, temperatura mede a intensidade de calor do corpo.

A temperatura é uma das variáveis mais importantes na indústria. Muitas vezes a qualidade do produto depende apenas da temperatura a que ele é submetido (aquecimento) ou, na qual ele é mantido durante um certo tempo (tratamento térmico).

Padrões de temperatura

Para a confecção de escalas de temperatura, necessitamos de temperaturas constantes e invariáveis como referência. Isto é conseguido nas mudanças do estado físico dos corpos, pois essas mudanças ocorrem sempre à mesma temperatura.

Exemplo: Temperatura do gelo fundente, ebulição da água etc.

Escalas de temperatura

Existem duas escalas práticas empregadas na indústria:FahrenheitCelsius (Centígrado)

Existem também duas escalas para medição de temperaturas absolutas, que são empregadas apenas em cálculos, principalmente em relação aos gases perfeitos. São as Escalas Kelvin e Rankine

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VEJA!

VOCÊ SABE O QUE VEM A SER TEMPERATURA?

IMPORTANTE!

IMPORTANTE!

Page 38: Apostila Instrumentacao

Escala Celcius usa dois pontos como padrão: A temperatura do gelo fundente que corresponde a 0C da escala, e a temperatura da água fervente que corresponde a 100C da escala. O intervalo entre estes pontos foi dividido em 100 parte iguais, sendo cada divisão igual a lC.

Escala Fahrenheit. A temperatura do gelo fundente corresponde a 32F e a temperatura da água fervente corresponde a 2l2F. A faixa entre estes pontos foi dividida em 180 partes iguais, sendo cada divisão igual a 1F.

Escala Kelvin. Cada 1K é igual a lC, porém o zero desta escala corresponde à temperatura mínima existente teoricamente, que é aproximadamente -273C, ou zero absoluto.

Escala Rankine. Cada 1R é igual a lF, porém o zero desta escala parte do zero absoluto que é de aproximadamente -46OF.

Fórmulas de conversão de escalas de temperatura

C = F - 325 9

K = C + 273 R = F + 460

Calor

O emprego das unidades de calor em instrumentação é restrito a cálculos de combustão.

Unidades de calor

A unidade de calor é a caloria (cal). Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de 1C a temperatura de l g de água.

A unidade mais prática é a quilocaloria (kcal) que vale 1000 calorias.

Unidade térmica inglesa (BTU) é igual a O,252 kcal.

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VEJA!

CURIOSIDADES:

Page 39: Apostila Instrumentacao

Existem vários tipos de medidores de temperatura, a seguir estudaremos os principais utilizados na indústria.

Termômetros

São instrumentos de medição de temperatura usados na indústria e em laboratórios.

Os termômetros podem ser de três tipos:

a - termômetros de vidrob - termômetros bimetálicosc - termômetros de bulbo de pressão

Termômetros de vidro

Utilizam a expansão volumétrica dos líquidos, que é proporcionalà temperatura. Compõem-se de um reservatório com líquido, no qual está ligado um capilar.Com aplicação de calor ao bulbo, o líquido se expande, subindo pelo capilar. Este deslocamento se mede numa escala graduada em temperatura. Os dois líquidos mais usados são: o álcool, para uma faixa de - l00 a + 150C e o mercúrio, numa faixa de -40 a +648C.

O termômetro de vidro de uso industrial costuma ser protegido por uma carcaça metálicaque é rosqueada num poço de proteção.

Vantagens e desvantagens

boa precisão

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VAMOS CONCEITUAR!

LEMBRE-SE!

Page 40: Apostila Instrumentacao

baixo custosimplicidade de construção

A sua desvantagem é fragilidade, que os torna sujeitos a quebras.

Termômetro bimetálico

Consiste de duas lâminas de metais diferentes que são fixadas para formar uma única lâmina. Como o coeficiente de dilatação térmica de um dos metais é grande e o coeficiente do outro metal é quase nulo, com variação de temperatura, a lâmina bimetálica irá se curvar.

Em termômetros usados na indústria. a lâmina bimetálica toma a forma de espiral ou helicóide.

Uma extremidade do bimetálico é fixada ao poço de proteção e a outra é conectada ao eixo, que transmite o movimento de rotação ao ponteiro.

A faixa de utilização do termômetro bimetálico é de -50C a +550C. Estes termômetrosnormalmente só permitem o ajuste de zero e, quando estragam, não têm conserto.

Termômetros de bulbo de pressão

Estes termômetros se compõem de um bulbo e um elemento medidor de pressão interligados por um capilar metálico, sendo o sistema todo cheio de fluido. O bulbo é instalado no processo.

Quando há uma elevação de temperatura no processo, o fluido do bulbo terá a sua pressão aumentada. Este aumento é acusado no medidor de pressão. Basicamente, teremos um medidor de pressão com escala calibrada para temperatura.

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VAMOS ENTENDER:

ATENÇÃO:

OBSERVE!

Page 41: Apostila Instrumentacao

Os termômetros com bulbo de pressão são de três tipos:

termômetro a pressão de líquidotermômetro a pressão de gástermômetro a tensão de vapor

Termômetro a pressão de líquido

Termômetros a pressão de líquido utilizam como fluido de enchimento os seguintes líquidos: mercúrio, álcool etílico, xilol etc. Entre estes, o mercúrio é o mais empregado, porque seu coeficiente de dilatação volumétrica é bem maior do que os outros.

As faixas de utilização destes termômetros são as seguintes:

Mercúrio: - 35 a + 540CXilol - 40 a + 400CÁlcool - 50 a + 150C

Compensação da temperatura ambiente:

Dois métodos são usados para este fim. No primeiro, é utilizado um bimetal para corrigir o ponteiro. No segundo caso, emprega-se outro elemento medidor com capilar que chega até o bulbo, sendo, porém, a sua extremidade fechada, e a ação do segundo medidor oposta à do primeiro,

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VEJAMOS...

Page 42: Apostila Instrumentacao

O método bimetálico é mais barato, porém para distâncias muito grandes é preferível a segunda compensação.

Compensação de coluna líquida:

Nos casos onde o bulbo é instalado acima ou abaixo do instrumento de medição, haverá necessidade de compensar a pressão devida à coluna de líquido. Isto é feito pelo reajuste do zero do instrumento no local onde ele é instalado.

Termômetro a pressão de gás

O gás mais utilizado é o nitrogênio, por ser inerte e abundante, embora outros gases inertes como hélio e neônio também sejam empregados em menor escala. Como a pressão do gás é inferior à do líquido, o seu bulbo é maior.

A compensação de temperatura é igual à do bulbo com líquido, porém não há necessidade de compensar a elevação, pois o peso da coluna de gás é irrelevante. A faixa de utilização é de -200 a +800'C e é linear.

Termômetro a tensão de vapor

Nesse tipo de termômetro empregam-se líquidos voláteis, como alguns hidrocarbonetos, cloreto de metila, dióxido de enxofre etc.A escala para estes termômetros não é linear, sendo de preferência utilizada a parte superior, por ser expandida. Há necessidade disto para que a superfície que separa as fases líquida e gasosa se localize no bulbo.

Poço

Destina-se a proteger a haste do termômetro ou outro instrumento de temperatura, dos seguintes efeitos.

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IMPORTANTE...

VEJA!

Page 43: Apostila Instrumentacao

- Corrosão resultante da agressividade do fluido do processo.

- Pressão excessiva exercida pelo processo.

- Flexão causada pela alta velocidade de escoamento ou hastes longas dispostas horizontalmente- Cavitação resultante de turbulência de fluidos a alta velocidade.

Podendo citar ainda como vantagens adicionais:

- Diminuição do tempo despendido em reparo ou substituição do instrumento visto que não há necessidade de esvaziar ou paralisar o equipamento para retirá-lo.

- Proteger o material em processamento, assim como o equipamento em uso, dos danos causados pelo vazamento acidental do líquido de enchimento do instrumento; se este for mercúrio, os danos pessoais que poderá causar são incalculáveis.

Sua construção obedece a dois sistemas: soldado a partir de um tubo e de barra maciça usinada, sendo que o primeiro, apesar de mais econômico, está sujeito a diversas limitações que o tomam nem sempre o ideal. Já o segundo oferece reais vantagens em termos de resistência e durabilidade.

Termopares

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OBSERVE COM ATENÇÃO!

VEJA COM ATENÇÃO!

Page 44: Apostila Instrumentacao

O termopar é um dos meios mais utilizados na medição de temperatura a partir de -l85 até l800C. Sua aplicação é a mais diversa não se opondo ao meio, e com elevado grau de precisão.

Um termopar é constituído por dois condutores metálicos diferentes, ligados em uma extremidade, geralmente chamada de Junta de medição (junção quente), e ligados a algum instrumento de medição de fem. (força eletromotriz), como um milivoltímetro, na extremidade fria do condutor Junta fria (junção fria). A força eletromotriz (fem) normalmente é comparada. a alguma referência, tal como o ponto de congelamento.

conexão Instrumento medição A T1 M T2 B fios de extensão referência Materiais dos termopares

O metal ideal para a confecção de termopares não é ainda conhecido, ou mesmo ligas ideais.

Dentre os metais encontrados no comércio, alguns se aproximam do ideal, por isso só os melhores são utilizados.

Visto não ter materiais adequados e ideais, todas as curvas de fem desviam-se de uma reta ou de uma resposta linear, por isso cada par termoelétrico possui uma curva característica.Baseado na experiência de alguns anos de aplicação, a indústria padronizou algumas combinações de fios que atendem à maioria das necessidades.A escolha do material depende da faixa de temperatura a ser medida, do meio ao qual o material será exposto e da precisão exigida na medição.

Várias combinações de condutores possuem razoável relação entre a temperatura e a linearidade da fem, possuindo uma potência termoelétrica suficiente para gerar uma fem por grau de variação de temperatura que possa ser detectada com instrumentos de precisão.

FAIXA DE UTILIZAÇÃO DE TERMOPARES

TIPO LIGAS BÁSICAS GRAUS C POTÊNCIA TERMOELÉTRIC

FEM (mV)

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VEJA AS INFORMAÇÕES ABAIXO, COMO SÃO IMPORTANTES...

Page 45: Apostila Instrumentacao

AT Cobre / Constatan -180 / 400 5,21mV / 100C -5,284 / 20,285J Ferro / Constatan -180 / 870 5,74mV / 100C -7,52 / 50,05K Chromel / Alumel -180 / 1260 4,04mV / 100C -5,51 / 51,05E Chromel / Constatan 0 / 980 7,61mV / 100C 0 / 75,12S Platina Rhodio10% /

Platina 0 / 1540 0,645mV / 100C 0 / 15,979

R Platina Rhódio 13%/ Platina

0 / 1590 0,647mV / 100C 0 / 18,636

B Pt 30%, Rh 70% / Pt 6%, Rh 94%

40 / 1800 0,033mV / 100C 0,007 / 13,499

Montagem do termopar com os acessórios

Os dois fios são isolados com missangas de cerâmica e conectados a um bloco de terminais. A seguir, o termopar é introduzido no poço de proteção e o bloco de terminais é fixado no cabeçote do poço

Ligação dos termopares

A ligação mais simples é a de um termopar ligado diretamente a um instrumento.

+ instrumento Fios de extensão dos termopares

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VEJA!

ATENÇÃO.

Page 46: Apostila Instrumentacao

A fiação de extensão do termopar deve ser do mesmo material ou de material com as mesmas características termoelétricas, pois o uso de fio mais econômico, como o de cobre, resulta na formação de novas junções termoelétricas que precisariam ser mantidas numa mesma temperatura.

Às vezes, por razões econômicas, prefere-se o uso de extensões de cobre com caixas termostáticas.

Os fabricantes geralmente seguem um código de cores para distinguir os fios de extensão (positivo e negativo) ; mas, por haver vários códigos de cores, com o auxílio de um instrumento, como o potenciômetro-padrão, faz-se a identificação.

Compensação da junta fria

É importante não esquecer que o termopar mede realmente a diferença entre as temperaturas das junções quente e fria. Então, para medirmos a temperatura do ponto desejado, precisamos manter a temperatura da junção fria invariável .

Nos instrumentos galvanométricos, esta compensação pode ser realizada por um cabelo bimetálico, porém, o mais comum é o uso de resistores sensíveis a temperatura, que variam no sentido de correção.

Termômetros de resistência

A alteração da condutividade elétrica de diversos materiais, com as variações de temperatura, é a base do funcionamento dos elementos primários denominados termômetro de resistência.

Os termômetro de resistência se dividem em dois grupos principais:

- termômetro de resistência metálicos- termistores

Termômetros de resistência metálicos

Todos os metais, mesmo aqueles considerados bons condutores de eletricidade, oferecem uma certa resistência à circulação de uma corrente elétrica. Essa resistência varia na proporção em que varia a temperatura.

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IMPORTANTE!

Page 47: Apostila Instrumentacao

Os termômetro de resistência metálicos, compõem-se geralmente de uma bobina de fio de cobre, níquel ou platina, enrolada sobre um núcleo e alojada no interior de um pequeno cilindro de metal .

A platina é o material mais empregado na confecção de termômetro de resistência, por que suas propriedades são estáveis para uma larga faixa de temperatura.O núcleo tem a finalidade de melhorar a transferência de calor para a resistência, e pode ser feito de prata, alumínio ou outro material bom condutor de calor, inclusive vidro ou cerâmica.

O cilindro metálico no qual o resistor é alojado, serve de proteção e de base de fixação.

Vantagens dos termômetros de resistência

- grande sensibilidade- resposta rápida- podem ser utilizados em atmosferas corrosivas- manutenção simples- grande durabilidade- dispensam linhas de compensação

Desvantagens dos termômetros de resistência

- não suportam vibrações constantes- faixa de trabalho restrita - custo elevado- difícil utilização em instrumentos galvanométricos- extremamente sensível à baixa isolação

Termistores

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IMPORTANTE!

OBSERVE COM ATENÇÃO!

Page 48: Apostila Instrumentacao

Seu funcionamento é semelhante aos bulbos de resistência, porém sua característica de variação de temperaturas é negativa, por isso ele é conhecido como NTC, que quer dizer Negative Temperature Coefficient. São semicondutores constituídos de óxido de metais, como cobalto, níquel, manganês etc.

Os termistores são usados , em sua maioria como proteção de circuitos eletrônicos , como compensadores de temperatura ambiente, e muito poucas vezes como elemento primário. Embora a variação da resistência em função da temperatura seja grande, o que resulta numa boa sensibilidade, o coeficiente de temperatura (K), não é constante, como pode ser visto no gráfico, aumentando sua porcentagem de erro. Daí a pequena utilização do termistor como elemento primário.

Embora a grande maioria dos termistores seja NTC, existem os chamados PTC, que reagem de maneira similar aos metais, ou seja, possuem coeficiente de temperatura positivo.

MEDIÇÃO DE DENSIDADE

Definições: Define – se como densidade absoluta , ou simplesmente como densidade , ou , ainda como massa específica de um corpo , a massa contida na unidade de volume.

Ex.: A massa de um corpo é de 500gramas. O seu volume é de 200cm3 .A sua densidade será igual a 500/200 = 2,5g/cm3 .

Peso específico de um corpo , , é o peso contido na unidade de volume.

Ex.: O peso de um corpo é de 100kgf ; o seu volume é de 20 litros ( ou dm3 ) . O seu peso específico será de 100/20 = 5kgf/litro.

Supondo que a aceleração da gravidade seja normal , o peso em kgf é igual à massa em kg. Em conseqüência , o peso específico , por ex. em kgf/litro é igual à densidade absoluta , em kg/litro.

Obs.: Em medições de alta precisão , faz-se uma distinção entre massa específica ( ou peso específico ) ‘no vácuo’ e ‘no ar ’ . O valor ‘no ar’ é obtido quando , na determinação desses valores , não é feita a correção devido ao empuxo do ar . O valor ‘no ar’ é portanto igual ao valor ‘no vácuo’ menos a massa específica ( ou peso específico ) do ar , à mesmatemperatura.

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VEJA AS:

Page 49: Apostila Instrumentacao

ar , 0 C = 0,0013g/cm3

ar , 20 C = 0,0012 g/cm3

Densidade relativa – G , para líquidos , é a razão entre a densidade absoluta do líquido e a densidade da água , em condições especificadas.Quando a água é considerada a 40C , a sua densidade absoluta é de 1,000g/cm3, e portanto a densidade relativa de um líquido , em relação à água a 40C, é numericamente igual à densidade absoluta , em g/cm3.

Aplicações da Medição de Densidade

A medição da densidade de líquidos pode ser usada para a determinação da contaminação ou da composição de uma solução.Assim , em processos de evaporação , em que a densidade em geral aumenta , ou de diluição , em que a densidade em geral diminui, o conhecimento do seu valor preciso é essencial para que o processo opere satisfatoriamente.Por outro lado , a medição de vazão de líquidos e gases é influenciada pela densidade , a sua medição pode portanto ser utilizada para se efetuarem as correções necessárias.

Unidades

A densidade pode ser medida em qualquer unidade de massa , dividida por qualquer unidade de volume.As unidades mais comuns são : g/cm3, g/litro, kg/litro, kg/m3, ton/m3, libras/pé cúbico, libras/galão ( americano ).

Hidrômetros Manuais e Transmissores ( Densímetro )

O hidrômetro ou areômetro ou , simplesmente , densímetro consiste de um flutuador com uma haste indicadora de pequeno diâmetro no topo, veja figura abaixo.

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ATENÇÃO!

Page 50: Apostila Instrumentacao

A haste pode ser graduada em unidades de densidade absoluta , densidade relativa , ou em alguma das escalas descritas fig. 1 . O peso do volume de líquido deslocado pelo flutuador é igual ao peso do próprio flutuador. Quanto maior a densidade do líquido , menor o volume deslocado, e portanto mais alto estará o flutuador . A leitura é feita no ponto onde a haste atravessa a superfície do líquido , e a precisão da medida é função da tensão superficial , turbulência e contaminação da amostra.

A figura abaixo mostra um indicador de densidade em linha , montado no interior de uma caixa semelhante à de um rotâmetro. Um tubo extravasor é utilizado para manter constante o nível da amostra do fluido no interior do tubo de vidro . Uma válvula agulha para ajustar a vazão a cerca de 1 litro/minuto , e um termômetro , são acessórios normais.

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1 – Escala2 - Peso

EXEMPLIFICANDO:

Page 51: Apostila Instrumentacao

UAIII – INTRODUÇÃO À AUTOMOÇÃO

OBJETIVOS:

Possuir noções básicas sobre a automação, percebendo que a evolução tecnológica dos equipamentos no sistema de controle, é de fundamental importância para melhoria da

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1 – Hidrômetro2 – Ladrão3 – Saída4 – Entrada5 - Termômetro

Page 52: Apostila Instrumentacao

qualidade, produção e confiabilidade no processo industrial.

HABILIDADES:

Diferenciar um sistema de controle convencional de um sistema automatizado.

HISTÓRICO (Evolução dos Sistemas de Controle)

Instrumentação Pneumática:

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OBSERVE!

Page 53: Apostila Instrumentacao

A evolução da complexidade dos processos industriais conduziu à necessidade de que as ações de controle fossem executadas com maior confiabilidade e eficiência.

O início da automação na área de controle de processos se deu com o aparecimento dos primeiros transmissores e controladores automáticos pneumáticos (função de regulação e controle em malha fechada), então:

Possibilitou selecionar grandezas importantes do processo e, em malha fechada, manter automaticamente seus valores próximos aos valores predeterminados (set-points).

Cada controlador atuava sobre uma variável de forma independente (stand-alone).

Os valores desejados (set-points) eram introduzidos pelo operador.

O controle e a supervisão eram realizados de forma distribuída pela planta.

O início do processo de centralizações físicas do controle da supervisão só foi possível com o surgimento da transmissão pneumática.

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ATENTE PARA ISSO:

Page 54: Apostila Instrumentacao

Transmissores e Controladores Eletrônicos Analógicos:

Tecnologia mais moderna: maior rapidez, precisão e confiabilidade nas informações.

Proporcionaram através de registradores gráficos, a automação dos registros históricos.

Possibilitaram maximizar a contração física das funções de supervisão e controle.

Os transmissores analógicos eram alojados junto aos elementos da planta e os controladores e registradores eram alojados em uma sala de comando.

Os pontos de ajuste continuaram sob a responsabilidade do operador.

Surgiram problemas de custo e de ruídos/imprecisões nas ligações físicas (cabos) entre os equipamentos da sala de controle e os instrumentos espalhados pela planta.

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VEJA:

Page 55: Apostila Instrumentacao

Obs.: Agora que você já concluiu seu estudo teórico, é chegada a hora da verificação.

Responda aos exercícios, e, se tiver dúvidas, procure seu Instrutor/Facilitador.

EXERCÍCIO

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Page 56: Apostila Instrumentacao

1º ) Defina Instrumentação:

2º ) Assinale com um X a resposta correta:

- Em um processo os instrumentos são utilizados para:

a) Controlar as variáveis ( )

b) Alcançar as especificações do produto ( )

c) Identificar um produto a ser fabricado ( )

- Sob o ponto de vista do tempo e do tipo de operação envolvida, o processo pode ser classificado em:

a ) Controlado, medido e manipulado ( )b) Contínuo, batelada e manufatura ( )d) Contínuo, manipulado e medido ( )

- As variáveis de processo podem ser classificadas em:

a) Controlada, medida e contínua ( )b) Manipulada, manufaturada e batelada ( )c) Manipulada, medida e controlada ( )

3º ) Marque ( V ) para a alternativa que for verdadeira e ( F ) para a falsa:

a) ( ) Variável controlada e a variável escolhida para controlar o Estado do Sistema.

b) ( ) A variável manipulada determina o tipo de elemento final de controle.

c) ( ) O elemento final de controle e mais conhecido na pratica como válvula.

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Page 57: Apostila Instrumentacao

d) ( ) As variáveis são medidas para fins de indicação, registro, alarme, etc.

e) ( ) A variável controlada é escolhida para representar o Estado do sistema.

f) ( ) O elemento sensor é um instrumento que serve para controla um sistema.

4º ) Cite 05 instrumentos utilizados em uma malha de medição e controle:

5º ) Complete as afirmativas abaixo:

a) O indicador é o instrumento que sente uma variável de processo e mostra esta ____________________________________________________________________________________________________________________________________

b) O transmissor é um instrumento que sente______________________________________________________________________________________________________________________________

c) O controlador é um instrumento que____________________________________________________________________________________________________________________________________

6º ) Enumere a 2ª coluna com a 1ª:

( 1 ) Instrumento que recebe os 2 sinais: ( ) Set Pointa medição da variável e o ponto de ajuste.

( 2 ) Ponto de ajuste de um instrumento . ( ) Elemento final de Controle.

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Page 58: Apostila Instrumentacao

( 3 ) Instrumento que converte no sinal ( ) Controlador padrão pneumático no sinal padrão decorrente eletrônica (P/I).

( 4 ) Chamado normalmente de válvula ( ) Transmissorde controle.

( 5 ) Instrumento que sente a variável de ( ) Conversorprocesso e gera um sinal padrão,proporcional ao valor desta variável.

7º ) Marque C (Certo) e E (Errado):

( ) Precisão é o grau de concordância consistente em uma medição.

( ) A precisão é uma medida do grau de liberdade dos erros aleatórios do instrumento.

( ) Na identificação de um instrumento através da sua simbologia a letra F, simboliza a função do mesmo.

( ) Em uma malha cada instrumento é identificado por um conjunto de letras que o classifica funcionalmente.

8º ) Complete as afirmativas abaixo:

a) Pressão é a relação __________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Nível é a altura __________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Page 59: Apostila Instrumentacao

c) Vazão é a quantidade volumétrica ou __________________________________________________________________________________________________________________________________________

d) Quantidade de calor é a __________________________________________________________________________________________________________________________________________

e) Temperatura é a energia __________________________________________________________________________________________________________________________________________

f) A temperatura de um corpo é a __________________________________________________________________________________________________________________________________________

g) Densidade absoluta, ou simplesmente como densidade, como a __________________________________________________________________________________________________________________________________________

9º )Enumere a 2ª coluna de acordo com a 1ª:

( 1 ) Instrumento utilizado para medir pressão ( ) Visor de Nível

( 2 ) Medidor de vazão por velocidade ( ) Manômetro

( 3 ) Medição direta de nível através de vasos ( ) Medidor Magnético comunicantes.

( 4 ) Densímetro ou Hidrômetro ( ) Medidor de Temperatura ( 5 ) Termômetro ( ) Medidor de Densidade

10ª ) Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso.

( ) O tubo de Bourdon é o tipo de Manômetro mais utilizado.

( ) Os materiais mais empregados na fabricação de manômetros com Tubo de Boudon são ligas de cobre-ferro e bronze esponjoso.

( ) Na medição direta de nível utiliza-se o método do visor de nível ou a medição por Bóia.

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( ) Os medidores de vazão magnético utiliza-se como princípio a Lei de Indução de Faraday.

( ) O termopar é um dos instrumentos mais utilizados para medição de temperatura a partir de – 200 até 2000.

( ) O manômetro serve para medir a densidade dos Fluídos.

11º ) Faça as seguintes conversões de unidades:

1 PSI = ________________________ Atm

14,233 PSI = ___________________ Kgf/cm2

1 Kgf/cm2 = _____________________ Pol Hg

1 Pol Hg = _______________________ PSI

1 m3 = __________________________ Litros

1 Litro = _________________________ cm3

1 Libra = _________________________ Kg

0º C = ___________________________º F

212º F = _________________________ º C

-273º C = ________________________ º K

BIBLIOGRAFIA

- HAROLD SOWSSOM ( INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE EM PROCESSOS INDUSTRIAIS ).

- MANUAL IPB.

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