automaÇÃo e instrumentaÇÃo

7/28/2019 AUTOMAO E INSTRUMENTAO

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AUTOMAO E INSTRUMENTAO

Instrumentao:

Instrumentao a cincia da adaptao de dispositivos e tcnicas de medio, de indicao,de ajuste e controle nos equipamentos e processos de fabricao .

A instrumentao e os sistemas de controle visam a otimizao na eficincia dos processos de

fabricao e a obteno de um produto de melhor qualidade a um custo mais baixo e em

menor tempo. A instrumentao indispensvel para: 1. Incrementar e controlar a qualidade

do produto; 2. Aumentar a produo e o rendimento; 3. Fornecer dados a respeito da matria-

prima, a quantidade produzida e dados relativos a economia dos processos; 4. A execuo de

funes de inspeo e ensaios, com maior rapidez e confiabilidade; 5. Simplificar projetos de

pesquisa, desenvolvimento e sistemas de obteno de dados complexos e ; 6. Fornecer

sistemas de segurana para os operrios, as fbricas e os processos.

Esta rea pode ser dividida em grandes subgrupos; - Instrumentos de teste e medio -

abrangem a gerao e a medio de grandezas eletrnicas;

- Instrumentos para controle de processos - abrangem os instrumentos para painel e campo,

teis na medida e no controle de grandezas fsicas nos processos da Indstria de

transformao; - Instrumentos para anlises fsicas, qumicas e ensaios mecnicos - (Analtica)

abrangem os instrumentos utilizados em laboratrios de pesquisas e controle de qualidade , -

Instrumentos de aplicao odonto-mdico-hospitalar.

Automao de Processo Industrial e No Industrial ( Controle de Processo ):

A Automao de Processos subdivide-se em dois setores:

- Processos Industriais: * Siderrgica;

* Qumica e petroqumica;

* Gerao de energia, etc.

- Processos no Industriais: * Sistemas de transporte;

* Distribuio de energia;

* Sistemas de servios urbanos, etc.

Automao da Manufatura:


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Este segmento, evidenciam-se as seguintes sub-reas: - Comando numrico por computador;

- Projetos assistidos por computador ( CAD-CAM);

- Robtica.

Como sabemos, os instrumentos de hoje utilizados so frutos de pesquisas e desenvolvimento

de longas datas. A ttulo de curiosidade, vamos analisar um instrumento utilizado na China

Antiga ( Sculo XII D.C.). Trata-se de um regulador de canudo de palha para, beber. O relato

histrico o seguinte:

Eles bebem o vinho atravs de um tubo de bambu de dois ou mais ps de comprimento, em

cujo interior h um obturador mvel, parecido com um peixinho feito de prata. Conviva e

anfitrio compartilham o mesmo tubo. Se a bia em formato de peixe se aproxima do furo, o

vinho no vir. Assim, se algum sugar muito lento ou muito rpido, os furos fechar-se-o e

no se poder beber.

Em outras palavras, o dispositivo tem a funo de manter uma vazo de vinho pelos

participantes de uma bebedeira.

Aps esse perodo, outros inventos foram surgindo, at chegarmos na Revoluo Industrial. Foi

apenas mediante uma passagem pelo campo da mquina a vapor que, no fins do sculo XIX, o

concito alcanou a conscincia do mundo da engenharia.

A mquina de BOULTON-WATT, admirada como sensao, rapidamente disseminou-se pela

Europa. Nela a ateno focalizou-se no Governador Centrfugo com seus volantes giratrios, a

demonstrar impressionante, a ao da realimentao.

Por meio de elementos mecnicos adequados, este movimento transmitido para a vlvula de

admisso de modo que, ao estrangular o fluxo de vapor, a velocidade reduzida. Como nosso

o estudo da Instrumentao, vamos dar um salto histrico para o sculo X, na dcada de 40,

onde a Instrumentao Pneumtica teve seu grande desenvolvimento, surgindo pela primeiravez a filosofia dos sistemas de transmisso e sala de controle centralizado. J na dcada de

50, sugiram os primeiros sinais da Instrumentao Eletrnica, paralelamente a processos e

sistemas de controle cada dia mais complexos.

Durante a dcada de 60, surgem os primeiros sistemas de controle automtico por

computador, no meio a uma tecnologia de circuitos integrados.

Instrumentao

Controle de processos industriais


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Equipamentos de processos industriais

At 1950 manual

Automtico

Variveis fsicas

Instrumentos

PneumticosEletrnicos DigitalAnalgico

Revoluo industrial - Sc. XVIII

- Artesanato. Todas as fases da produo eram feitas pela mesma pessoa. - Manufatura.

Especializao do trabalho.

usadas pelo homem

- Maquinofatura. Transformao da matria-prima pelas mquinas em substituio as

ferramentas Estamos na era da automao.

A primeira revoluo industrial, no fim do sculo passado, foi caracterizada pela substituio do

trabalho muscular do homem por mquinas motrizes, ou seja, a mecanizao. A automao

a introduo da mecanizao no s desses trabalhos, mas tambm dos trabalhos mentais.

Na automao, o dispositivo automtico observa sempre o resultado do seu trabalho e d essa

informao ao dispositivo principal ( essa ao reflexiva chama-se realimentao ou feedback).

Este ltimo compara a informao com um objetivo desejado, e, se existir diferena entre os

dois, atua no sentido de diminu-la para o mnimo valor possvel. Pode-se dizer, portanto, que a

noo fundamental da automao radicada no feedback.

Automao


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Conceito: um conjunto de tcnicas atravs das quais se constrem sistemas ativos capazes

de atuar com uma eficincia tima pelo uso de informaes recebidas do meio sobre o qual

atuam, com base nas informaes o sistema calcula a ao corretiva mais apropriada. Um

sistema de automao comporta-se exatamente como um operador humano o qual, utilizando

as informaes sensorias, pensa e executa a ao mais apropriada.

As grandes funes da automao podem se resumir como se v na tabela abaixo: As

analogias com as funes de um operador humano podem esquematizar-se assim:

Sistema de Automao Operador Humano

Informao ou comunicao Impresso sensorial Computao Raciocnio Controle Ao

No campo industrial e, em particular, nas indstrias petroqumicas, o operrio, operador de

processo, tinha por funo, vigiar leituras de um grande nmero de instrumentos de medida. As

presses, as temperaturas, as vazes, os nveis, as composies qumicas, deveriam ser

conhecidas a todos os instantes pelo operador, o qual deveria detectar, de entre essa grande

massa de dados, as variveis que se desviavam de certos valores prefixados e atuar sobre o

complexo fabril de modo a reconduzi-lo a um funcionamento mais estvel ou mais econmico.

Porm as limitaes intrnsecas do homem oferecem a este processo de integrao uma

lentido incompatvel com as grandes produes das unidades fabris modernas. A ateno a

dois fatores simultneos praticamente impossvel. Um esforo no sentido de uma maiorrapidez acarreta um aumento dos erros e falsas manobras.

Nas ltimas dcadas, as tcnicas do controle automtico permitiram liberar os operadores

fabris de funes enfadonhas e que exigiam grande esforo nervoso permitindo,

simultaneamente, que essas funes fossem cumpridas com maior preciso, rapidez e

segurana.

O controle automtico verdadeiramente a primeira fase da automao. Trata-se porem de

uma automao no integrada e ao nvel de subsistemas fabris relativamente simples.

Ao passo que primitivamente era o operrio quem, guiando-se, pr exemplo, pela leitura de um

manmetro, tentava regular uma presso, abrindo ou fechando vlvulas, agora uma cadeia

de controle ( ou malha de controle ) que faz a mesma coisa com muitas vantagens.

Encontraram-se numa cadeia de controle, as funes bsicas de medida, computao e

controle que j referimos serem caractersticas da automao.

O clculo da ao de controle est a cargo de pequenos computadores pneumticos e

eletrnicos: Os controladores.


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Isto no quer dizer, diga-se de passagem, que o homem se torna intil. Pelo contrrio, como

supervisor do autmato e sem estar agora sujeito enorme tenso nervosa e muscular de

mltiplas tarefas, isto , liberto dos meios, o piloto humano tem sempre a possibilidade de

alterar as ordens dadas ao sistema e poda dedicar-se aos verdadeiros fins a atingir: A

investigao, a procura de novos aspectos do real, a superviso geral.

Captulo 03 Fundamentos bsicos

INSTRUMENTAO INDUSTRIAL FUNES DE INSTRUMENTOS atravs da

instrumentao, principalmente, que um operador faz o acompanhamento do processo.

Definies: Instrumento: equipamento industrial responsvel em controlar, medir, registrar ou

indicar as variveis de um processo produtivo.

Controle: verificao de uma varivel para possveis correes fazendo com que a mesma

permanea dentro de uma tolerncia de trabalho pr-determinada.

Medir: determinar ou verificar a extenso de uma grandeza ou varivel. Registrar: escrever ou

lanar uma informao em papel (grfico) ou em forma de arquivo eletrnico. Indicar: apontar,

mostrar, sinalizar o valor de uma varivel.

Sinalizar: na qual o instrumento somente indica se a grandeza medida se encontra acima ou

abaixo de certos valores pr-fixados.

Transmitir: o instrumento transforma o sinal medido em outro, que passa ser transmitido

distncia.

Os transmissores mais comuns so: 1.Pneumticos: que convertem a medio da varivel em

um sinal proporcional de presso de ar comprimido. No sistema americano, os limites da faixa

de medio correspondem a 3 e 15 psi. No sistema europeu, os limites so de 0,2 e 0,1

Kgf/cm2.

2.Eletrnicos: que convertem a medio da varivel em um sinal proporcional eltrico, de 4

20 mA, ou 10 50 mA. Os sinais so transmitidos, no caso de transmisso pneumtica,

atravs de tubos de cobre ou plstico de cerca de 6 m do dimetro externo, enquanto que no

caso de transmisso eletrnica usa-se em geral 2 fios.

3.Digitais: Fieldbus um sistema de comunicao digital bidirecional que interliga

equipamentos inteligentes de campo com sistema de controle ou equipamentos localizados na

sala de controle.


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A recepo se faz por medidores de presso (receptores pneumticos) ou miliampermetros.

Nota-se que, uma vezes colhido o tipo de transmisso e o sinal, os receptores sero iguais

entre si, diferenciando-se somente uns dos outros pela escala.

Varivel: so condies ou situaes que ocorrem durante um processo produtivo, que podemou no interferir no processo ou no produto, alterando a qualidade, a produtividade ou deixando

o processo inseguro. As principais variveis so: temperatura, presso, vazo e nvel.

VARIVEL CONTROLADA: a grandeza que desejamos manter dentro de certos parmetros

ou valores pr-determinados.

VARIVEL MANIPULADA: a grandeza que efetivamente manuseamos a fim de manter a

varivel controlada, dentro dos valores desejados. Estas grandezas nem sempre so

coincidentes.

Processo: seqncia de operaes em um conjunto de mquinas e/ou equipamentos

necessrios para a manufatura de um produto.

Os instrumentos podem estar localizados em painis na sala de controle e/ou no campo.

Os instrumentos que medem, indicam ou controlam essas variveis no processo possuem

sensibilidade e grau de aperfeioamento extremamente apurados requerendo, por isto,

cuidados especiais de manuseio.

Alm disso, deve o operador ter sempre em mente que os instrumentos tambm representam a

segurana da unidade e do pessoal e que deles dependem a qualidade e a correta

especificao na elaborao dos produtos.

a)Faixa de medida (RANGE): conjunto de valores da varivel medida que esto compreendidos

dentro dos limites inferior e superior da capacidade de medida ou de transmisso do

instrumento. Expressa-se determinando os valores extremos; b)Alcance (SPAN): a diferena

algbrica entre os valores superior e inferior da faixa de medida do instrumento. Por exemplo,

um instrumento com faixa de medida de 100C a 250C, possui um alcance de 150C.

c)Erro: a diferena entre o valor medido ou transmitido pelo instrumento, em relao ao valor

real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime permanente, estvel, chamaremos

de "erro esttico" que ser positivo ou negativo, dependendo da indicao do instrumento que

poder estar indicando a mais ou a menos. Quando tivermos a varivel se alterando, teremos

um atraso na transferncia de energia do meio para o medidor, onde o valor medido estar

geralmente atrasado em relao ao valor real da varivel. Esta diferena chamada de "erro

dinmico";


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d)Preciso: define-se como sendo o maior valor de erro esttico que um instrumento pode ter

ao longo de sua faixa de trabalho. Pode ser expressa de diversas maneiras como:

porcentagem do alcance, unidade da varivel e porcentagem do valor medido; e)Zona morta:

a no alterao na indicao ou no sinal de sada de um instrumento ou em valores absolutos

da faixa de medida do mesmo, apesar de ter ocorrido uma sensvel variao da varivel.

Por exemplo, um instrumento com faixa de medida entre 0C a 200C possui uma zona morta

de 0,1% do alcance, ou seja 0,2C. Portanto, para variaes inferiores a este valor, o

instrumento no apresentar alterao da medida; f)Sensibilidade (linearity): a razo entre a

variao do valor medido ou transmitido para um instrumento e a variao da varivel que o

acionou, aps ter alcanado o estado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medida

de sada e de entrada. Por exemplo, um termmetro de vidro com faixa de medida de 0C a

500C possui uma escala de leitura de 50cm, portanto, a sua sensibilidade de 0,1cm/C;

g)Histerese: a diferena mxima apresentada por um instrumento, para um mesmo valor, em

qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a varivel percorre toda a escala nos sentidosascendente e descendente; h)Repetibilidade: a mxima diferena entre diversas medidas de

um mesmo valor da varivel, adotando sempre o mesmo sentido de variao. Expressa-se em

porcentagem do alcance; i)Resoluo: a menor variao que se pode detectar. A resoluo

est relacionada com o nmero de "bit" do instrumento: quanto maior o nmero de "bit" melhor

a resoluo. O clculo da resoluo de um instrumento dado pelo quociente da faixa de

medida por 2nmero de "bit" do mesmo. Por exemplo, para um transdutor linear de 100mm e

12 bit, tem-se uma resoluo de 0,024mm.

j)Valor desejado (ou set-point ou set-value): o valor no qual desejamos manter a varivel

controlada.

k)Desvio (Off-set); a diferena porventura existente entre o valor desejado e o valor da

varivel

Classificao dos instrumentos Sob o ponto de vista do operador, os instrumentos podem

classificar-se em:

Segundo sua localizao a)Instrumentos de painel, localizados na sala de controle;

b)Instrumentos de campo, localizados na rea das unidades.

Segundo suas funes a)Instrumentos de medio da varivel; b)Instrumentos de controle da

varivel, segundo informaes obtidas pelos instrumentos de medio; c)Instrumentos de

alarme, que alertam o operador sobre condies anormais das variveis, dentro da margem de

segurana que o processo e a unidade exigem.

Segundo suas caractersticas a)Instrumentos indicadores, nos quais a varivel indicada por

meio de um ponteiro em uma escala, ou digital; b)Instrumentos registradores, nos quais a

varivel registrada em uma carta por meio de uma pena; c)Instrumentos controladores, que

mantm a varivel num valor pr-determinado.


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Naturalmente, os instrumentos podem desempenhar, simultaneamente, uma ou mais das

funes citadas.

Por exemplo: pode ser simplesmente indicador; Por exemplo: pode ser simplesmente

registrador; Por exemplo: pode ser simplesmente controlador; Por exemplo: pode ser indicadorcontrolador; Por exemplo: pode ser registrador controlador.

Sistemas de transmisso (leitura remota)

Em geral, a medio de uma varivel feita no campo e o instrumento pelo qual se

acompanha o valor dessa varivel est na Casa de Controle. Isto possvel devido ao que

chamamos de transmisso. Instrumentos que incorporam dispositivos para efetuar a

transmisso so chamados instrumentos transmissores.

Esses dispositivos de transmisso empregam uma fonte de energia auxiliar. Assim, conforme a

natureza dessa energia auxiliar, os transmissores se classificam em: pneumticos, hidrulicos

e eltricos.

Os transmissores pneumticos poderiam usar como fonte de energia qualquer gs seco

pressurizado, entretanto, geralmente, usado ar comprimido seco.

Os transmissores hidrulicos poderiam usar qualquer lquido, sendo comum o leo. Os

transmissores eltricos usam, naturalmente, a energia eltrica.

Existem elementos medidores que por natureza geram energia eltrica e no precisam de

dispositivo adicional para transmisso, apenas meio para transmitir (fios condutores).

Se admitirmos que uma varivel quando medida varia de 0 a 100, existem convenes que

relacionam esse intervalo de medio com uma faixa de transmisso. Assim, por exemplo, so

comuns as faixas de 3 a 15 psi (libras por polegada quadrada), ou 0,2 a 1 kgf/cm2

(quilogramas por centmetro quadrado) na transmisso pneumtica.

Ou 4 a 20 mA (mili amperes) na transmisso eltrica analgica ou 20 mV (milivolts) na

transmisso eltrica digital.

Nos processos industriais antigos ou de pequeno porte as variveis eram controladas pelo

elemento humano; o controle manual.


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Atualmente, devido a complexidade dos processos, seja por questes de segurana ou de

economia, o elemento humano foi substitudo por instrumentos capazes de executar essas

tarefas: so os controladores automticos.

A mo de obra pode ser extremamente reduzida, uma vez que restaram poucas operaesmanuais e a fiscalizao ou superviso geral da instrumentao de fcil execuo.

Como vantagens de controle automtico sobre o elemento humano, temos: Reduo de

custos atravs da diminuio de mo de obra;

Garantia de uniformidade de produtos acabados;

Garantia maior de segurana pessoal e do equipamento.

Conceito de controle automtico

Entende-se por controle automtico um conjunto de operaes que consistem em: Medir

uma varivel;

Comparar esta medida com um valor desejado;

Corrigir o desvio observado.

A figura abaixo mostra, sob a forma de notao de blocos, o conceito de controle automtico.

Os componentes principais do controle automtico so: o processo e o controlador automtico.

O processo ou sistema controlado compreende uma operao ou uma srie de operaes

realizadas no, ou pelo equipamento, no qual uma varivel controlada.

O controlador automtico um instrumento que recebe o valor da varivel medida e atua para

corrigir ou limitar o desvio dessa varivel em relao a um ponto de controle (valor constante

pr-estabelecido para a varivel) ou ento limitar o desvio da varivel em relao a uma lei pr-

estabelecida (valor varivel da prpria varivel).


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O controlador atua sobre o elemento final de controle. O elemento final de controle o

dispositivo que varia diretamente o valor da varivel manipulada. Varivel controlada a

quantidade ou condio que medida e controlada.

Varivel manipulada a quantidade ou condio que variada pelo elemento final de controle,de modo a efetuar o valor da varivel controlada.

Meio controlado a energia ou material do processo no qual a varivel medida e controlada.

Agenda de controle a energia ou material do processo, do qual a varivel manipulada uma

condio ou caracterstica.

Funes do Controle Automtico

Muitos Controles, sejam eles controlados manualmente ou automaticamente, iro se comportar

de maneira satisfatria apenas quando os valores de certas variveis do processo forem

mantidas dentro de limites determinados.

Ento, a funo do controle do processo manipular a relao entrada e sada de energia, de

maneira que as variveis do processo sejam mantidas dentro dos limites desejveis. Um

controlador automtico pode ser definido como um mecanismo o que mede o valor da varivel

do processo e opera de maneira a limitar o desvio desta varivel, em volta do valor desejado. A

varivel do processo, que mantida dentro de limites, chamada de varivel controlada.

Elementos de Controle Automtico

Os elementos funcionais de um sistema de controle automtico e sua interao numa cadeia

de controle fechada, so mostrados na figura abaixo.

Uma comparao mostra que o controlador automtico desempenha as mesmas funes

bsicas (e na mesma ordem), que o operador humano no processo. Relao das quatro


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funes de controle e dos elementos bsicos de um controlador automtico, para um controle

em cadeia fechada.

Os elementos de medio efetuam de medir, sentem a avaliam a varivel de sada do

processo. A funo de comparao de valor medido da varivel de sada com seu valordesejado, feita pelo detetor de erro, que produz um sinal quando existe um desvio entre o

valor mantido e o desejado.

Este final de atuao muitas vezes chamado de erro. Este sinal tem uma certa relao com o

desvio, que pode ser chamada: funo de computao.

Vantagens de Controle Automtico na Indstria:

No demais nas vantagens que a automao com controladores individuais ou com

computador central indstria. Eis uma lista de alguns desses aspectos favorveis:

1 - Eliminao de trabalhos montonos ou exigindo ateno concentrada. 2 - Eliminao do

erro humano. 3 - Diminuio das horas-homem para a mesma produo. 4 - Aumento na

quantidade do produto ou no nmero de unidades fabricadas. 5 - Melhoria na qualidade dos

produtos. 6 - Melhor aproveitamento de matrias-primas. 7 - Melhor aproveitamento de energia.

8 - Menor desgaste do equipamento fabril. 9 - Melhoria na uniformidade dos produtos. 10 - Em

resumo: aumentos de produtividade podendo ir de alguns % at valores muito altos.

Diagrama de Blocos de um Sistema de Controle

A automao de processos tem recebido de estudiosos de todos os assuntos a maior ateno,

dada a sua influncia tanto no campo tecnolgico como humano, onde a mo de obra no

especializada vem sendo substituda, sendo esta substituio, acelerada ou retardada de

acordo com os interesses econmicos em jogo.

A bem da verdade j nos dias de hoje a mo de obra no automatizada, histrica nos pases

desenvolvidos, pouco importante naqueles em desenvolvimento e fator de atraso nos

subdesenvolvidos.

Destes fatos surge a preocupao de dotar o tcnico brasileiro de um conhecimento amplo

sobre sistemas de controles automticos e instrumentos capazes de realizar este controle.

A dedicao na anlise de instrumentos capazes de detectar, manipular, registrar e atuar sobre

grandezas fsicas envolvidas em processos automticos; tambm objetos deste nosso

trabalho.


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Basicamente, um sistema de controle automtico opera segundo o diagrama de blocos da

figura 1, onde adicionado ao processo uma malha de realimentao capaz de atuar sobre a

entrada do sistema.

Nosso objetivo prende-se mais malha de realimentao que ao processo propriamente dito.

Assim, na figura 2 temos a malha de realimentao mais detalhada.

Classificao dos Controles

A utilizao de controles automticos se d quando desejamos alta confiabilidade, muita

rapidez e grande economia podendo ser estes trs fatores, considerados individualmente ouem conjunto.

Baseado ainda nestes trs fatores podemos dividir os sistemas de controle segundo a sua

operao em: a)Sistemas de Malha Aberta b)Sistemas de Malha Fechada Nos sistemas de

malha aberta temos operao discreta do atuador, sendo que aps o comando o sistema de

controle perde sua ao sobre o processo, ficando a espera de uma nova ordem. A figura 3

mostra o esquema de um sistema de malha aberta.


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Nos sistemas de malha temos uma operao contnua, e a cada instante a varivel de sada

comparada com um padro. Dependendo da informao resultante temos um comando do

atuador sobre a varivel a ser controlada. Na figura 4 mostramos um sistema de malha

fechada.

Captulo 04 Simbologias

A simbologia de instrumentao analgica e digital, compartilhada e integral, distribuda e

centralizada se baseia nas seguintes normas americanas (geralmente traduzidas para o

portugus) : 1.ISA S5.1, Instrumentation Symbols and Identification, 1984 2.ISA S5.3, Graphic

Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems,

1983

Aplicaes Os smbolos de instrumentao so encontrados principalmente em 1.fluxogramas

de processo e de engenharia, 2.desenhos de detalhamento de instrumentao instalao,

diagramas de ligao, plantas de localizao, diagramas lgicos de controle, listagem de

instrumentos, 3.painis sinpticos e semigrficos na sala de controle, 4.diagramas de telas de

vdeo de estaes de controle.

Geral Cada instrumento ou funo a ser identificada designado por um conjunto alfanumrico

ou nmero de tag. A parte de identificao da malha correspondente ao nmero comum a

todos os instrumentos da mesma malha. O tag pode ainda ter sufixo para completar a

identificao.

Nmero de tag tpico

TIC 103

Identificao do instrumento ou tag do instrumento

T 103

Identificao da malha (malha de temperatura, nmero 103)


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Identificao funcional Controlador Indicador de temperatura

T Primeira letra (varivel da malha)

Letras subsequentes (funo do instrumento na malha

O nmero da malha do instrumento pode incluir o cdigo da informao da rea . Por exemplo,

o TIC 500-103, TIC 500-104, aos dois controladores indicadores de temperatura, ambos da

rea 500 e os nmeros seqenciais so 103 e 104.

Identificao funcional A identificao funcional do instrumento ou seu equivalente funcional

consiste de letras da Tab. 1 e inclui uma primeira letra, que a varivel do processo medida ou

de inicializao. A primeira letra pode ter um modificador opcional. Por exemplo, PT o

transmissor de presso e PDT o transmissor de presso diferencial. A identificao funcional

do instrumento feita de acordo com sua funo e no de sua construo.

Identificao da malha A identificao da malha geralmente feita por um nmero, colocado

ao final da identificao funcional do instrumento associado a uma varivel de processo. A

numerao pode ser serial ou paralela. Numerao paralela comea de 0 ou para cada

varivel, TIC-100, FIC-100, LIC-100 e AI-100. Numerao serial usa uma nica seqncia de

nmeros, de modo que se tem TIC-100, FIC-101, LIC- 102 e AI-103. A numerao pode

comear de 1 ou qualquer outro nmero conveniente, como 101, 1001, 1201.

Linhas entre os Instrumentos As linhas de ligaes entre os instrumentos devem ser mais finasque as linhas de processo e so simbolizadas como mostrado a seguir.

Sinal indefinido: conexo com processo, elo mecnico ou alimentao do instrumento Sinal

pneumtico, tpico de 20 a 100 kPa (3 a 15 psi) Sinal eletrnico, tpico de 4 a 20 mA c Sinal de

ligao por programao ou elo de comunicao

~ ~ ~ Sinal eletromagntico ou snico (guiado)

L L LSinal hidrulico

~ ~ ~Sinal eletromagntico ou snico (no guiado)

Tubo capilar Linha de processo

Exemplo para simbologia de malha de controle:


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Letras para simbologias

Primeira letraLetras subsequentes

Varivel Modificador Funo display

Funo sada Modificad or A Anlise (5,19) Alarme

BQueimadorEscolha (1)Escolha (1)Escolha (1) CEscolha (1) Controle (13) D Escolha (1)

Diferencial

ETenso (f.e.m.)Elemento sensor

FVazo (flow)Frao ou relao (4)

GEscolha (1)Visor (9) ou indicador local

HManual (hand)Alto (high) (7, 15, 16)


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I Corrente Indicao (10)

JPotnciaVarredura (scan) (7)

KTempoTempo de mudana (4, 21)

Estao controle (2)

LNvel (level)Lmpada (1)Baixo (low) (7, 15, 16)

OEscolha (1)Orifcio ou Restrio

PPresso, VcuoPonto de teste

QQuantidadeIntegral, Total (4)

R Radiao Registro (17)

SVelocidade ou

Freqncia Segurana (8)Chave (13)

T Temperatura Transmisso (18)

UMultivarivel (6)

VVibrao, Anlise mecnica

Vlvula, damper (13)

WPeso, ForaPoo (well)

XNo classificado (2)


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Varivel a definir

Eixo XNo classificado (2)

No classificado (2)

No classificado (2)

YEvento, Estado

Funo a definir

Eixo YRel, computao (13, 14, 18)

Curso de Instrumentao Industrial PG. 014 DE 0115

ZPosio ou Dimenso

Eixo Z Elemento final

Balo do Instrumento O instrumento completo simbolizado por um pequeno balo circular,

com dimetro aproximado de 12 m. Porem, os avanos nos sistemas de controle cominstrumentao aplicando microprocessador, computador digital, que permitem funes

compartilhadas em um nico instrumento e que utilizam ligaes por programao ou por elo

de comunicao, fizeram surgir outros smbolos de instrumentos e de interligaes.

Representao dos instrumentos em Diagramas P&I

Sala de Controle CentralLocal AuxiliarCampo

Acessvel ao operador

Atras do painel ou inacessvel ao operador

Acessvel ao operador

Atras do painel ou inacessvel ao operador

Montado no campo

Equipamento Instrumento discreto


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Equipamento compartilhado Instrumento compartilhado Software Funo de computador

Lgica compartilhada Controle Lgico Programvel

Instrumentos compartilhando o mesmo invlucro. No mandatrio mostrar uma caixa comum.

Captulo 05 Sensores de posicionamento

So sensores que se destinam a detectar a aproximao de um corpo, podendo este ser

metlico, no metlico, magntico, etc. O sinal produzido binrio, onde pode ser aplicado em

controle on-off, intertravamento, alarme, seqncia de acionamentos, etc.

Abaixo relacionados temos os tipos de detetores por aproximao: - Detetor de limite

mecnico; (Micro Swich);

- Detetor de limite magntico ("Reed Switch");

- Detetor de limite indutivo;


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- Detetor de limite capacitivo;

- Detetor de limite ptico;

- Detetor de limite magntico-indutivo.

Neste captulo sero vistos os elementos emissor de sinais por aproximao, isto , sem o

contato das partes mveis a serem detectadas.

- Indutivo

Esse tipo de sensor detecta qualquer tipo de objeto metlico, podendo realizar, entre outras

aplicaes, contagem e medies de velocidade. Atuam geralmente numa faixa de distncia de

0,6 m a 75 m. So encontrados principalmente na indstria automobilstica, txtil, papel e

celulose e plstico. Esse tipo representa 60% dos sensores utilizados. O principio de

funcionamento se d atravs da gerao de um campo eletromagntico na face.

No tipo indutivo o objeto que se aproxima deve ser metlico, pois far parte do ncleo de um

indutor, e a indutncia s ser modificada com a introduo de metais no campo magntico do

indutor.

Os sensores indutivos podem ser de corrente alternada ou contnua e este ltimo a dois ou aquatro fios.

No tipo para corrente alternada o sensor aciona diretamente a carga (rels, cargas resistivas,

pequenos motores ) atravs de um triac interno. Ver diagrama e dados.


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Distncia de deteco 10mm

tenses de operao 42 a 130Vca

carga mxima (42Vca) - 12VA - 0,28 A

carga mnima 8VA

120 a 240Vca (220Vca) - 80VA - 0,36 A

Os tipos de corrente contnua s acionam cargas de corrente contnua de baixa potncia. Isso

exige a utilizao de um rel para o acionamento indireto de cargas maiores e de corrente

alternada.

O tipo a dois fios deve deve ser ligado em srie, como no de corrente alternada. No tipo a

quatro fios dois desses fios so conectados fonte e os outros dois so as sadas, uma NA e

outra NF sendo comum o terminal positivo ou o negativo desta fonte, dependendo do tipo.

A sada do sensor a transistor e de acordo com seu tipo, NPN ou PNP, apresenta dois tipos

de ligao diferentes:

No tipo NPN, ao ser acionada, a sada apresenta potencial nagativo, logo, a carga dever ser

ligada entre o positivo da fonte e a sada.

sada simples sada tipo inversor

No tipo PNP, ao ser acionada, a sada apresenta potencial positivo, logo a carga dever ser

ligada entre o negativo da fonte e a sada.

sada simples sada tipo inversor

- Capacitivo

Esses sensores detectam qualquer tipo de objeto, tipos de material em detrimento de outros

(como vidro e no plstico) e at a presena de determinados materiais dentro de recipientes

(como a presena de lquidos dentro de garrafas).


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O tipo capacitivo tem como elemento sensor o dieltrico de um capacitor, podendo assim o

objeto ser de qualquer natureza material exceto gasosa. Os sensores capacitivos tambm

podem ser de alimentao do tipo a dois fios de corrente contnua e de corrente alternada, e a

quatro fios de corrente contnua todos com ligaes idnticas aos indutivos.

A forma de ligao do sensor em geral, mostrada no corpo do prprio sensor devendo ser em

seguida com muita ateno principalmente quanto a corrente mxima, a faixa de tenso e

polaridade nos tipos de alimentao contnua

-Sensor ptico

29,90 200k com fidelidade de 12 meses.



59,90 500k

69,90 600k

79,90 700k

89,90 800k

99,90 900k


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119,90 1MB

Sensores capazes de detectar qualquer tipo de objeto que reflete luz. Alguns sensores

especiais detectam at objetos pretos ou transparentes (cada objeto ir gerar um fator de

reduo para o sensor). Nessa linha esto os sensores com fibra ptica e laser, que permitem

maior preciso e aplicaes de difcil acesso. Esto divididos em trs segmentos: difuso(possui o emissor e o receptor em um nico corpo e o acionamento acontece quando um

objeto entra na regio de atuao do sensor e reflete o feixe de luz), retro-reflexivo (tambm

possui o emissor e o receptor no mesmo corpo, tem um espelho prismtico, e acionado

quando um objeto interrompe o feixe de luz refletido pelo espelho) e barreira (quando o sensor

e o receptor esto em corpos separados, e o acionamento acontece quando o objeto

interrompe o feixe de luz). So encontrados nas reas de empacotamento, paletizadoras,

processamento de papel e plstico, industria txtil e deteco de cor e de marca. Tambm no

ptico qualquer objeto percebido desde que no seja translcido. O sensor ptico tem a

vantagem de no precisar de grande proximidade do objeto. O sensor se apresenta em dois

tipos:

*Barreira: h um transmissor de luz e um receptor de luz, e este acionar contatos internos em

quanto o feixe atingir o receptor, estando necessariamente o transmissor e o receptor

separados.

*Reflexivo: O transmissor e o receptor so montados em um mesmo corpo e a luz emitida em

sentido contrrio ao do receptor ( que est ao lado do receptor ), o feixe luminoso s atinge o

sensor quando reflete em algum objeto e volta ao mesmo, por isso este tipo recebe a

denominao de reflexivo.


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Em geral, utiliza-se um espelho para a reflexo, e o objeto detectado interrompe o retorno do

feixe luminoso. Neste caso o objeto no deve refletir a luz e por isso no deve passar muito

prximo ao sensor.

ELEMENTO TRANSMISSOR ESPELHO

ELEMENTO TRANSMISSOR

- Magntico (Reed switch)

Lminas flexveis encapsulada num invlucro de vidro, formam um dos mais versteis

dispositivos eletrnicos com aplicaes que vo desde simples interruptor at a de sensveis

sensores para as mais diversas modalidades de acionamento. Neste captulo veremos o

princpio de funcionamento dos reed switches e apresentaremos algumas aplicaes.

Como o prprio nome sugere, o reed switch uma chave de lmina sendo formado por duas

ou mais lminas de metal encapsuladas numa ampola de vidro.


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Como no h possibilidade de termos um acesso direto s lminas, para que possamos

acionar o dispositivo fazemos uso de um campo magntico externo. Este campo magntico

atua sobre as lminas que se magnetizam por induo e com isso se flexionam para fechar o

circuito encostando uma na outra ou ento fazendo uma comutao num sistemas de trs

lminas.

Para que obtenhamos uma operao deste dispositivo com caracterstica que permitam sua

utilizao com o mximo de confiabilidade, todas as partes devem obedecer a certos

requisitos. Partimos ento das lminas.

As lminas


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Evidentemente o material com que so fabricadas as lminas devem ter propriedades

ferromagnticas, para que possam sofrer uma magnetizao sob a ao de um campo externo.

O material usado o ferro-nquel, uma liga de alta permeabilidade para que no haja perda do

fluxo magntico. A reteno magntica deve ser o menor possvel para evitar que o

magnetismo remanescente prejudique o funcionamento do dispositivo quando o campo externo

desaparece. A presena desta reteno fariam com que os contatos "grudassem"

permanecendo o dispositivo ligado mesmo depois de retirado o campo externo de

acionamento.

O coeficiente de dilatao da lminas deve ser equivalente ao do vidro do encapsulamento

para evitar problemas durante o processo de soldagem. Uma dilatao desigual com o

aquecimento poderia

resultar em micro-trincas no vidro que causariam a fuga do gs interno do dispositivo que,conforme veremos de grande importncia tanto no desempenho do dispositivo como na

determinao de sua vida til.

A superfcie das lminas deve ser totalmente limpa, isenta de gases que possam causar

problemas de funcionamento. Finalmente, a dureza da liga de ferro-nquel deve ser

rigorosamente controlada.

O vidro

O vidro usado na construo dos reeds switches deve apresentar caractersticas especiais.

Uma delas a alta resistividade, pois as lminas fazem contato internamente a ampola e

portanto este deve funcionar como um perfeito isolante.

Nas ampolas que possuem sistemas reversveis, existe uma pequena pastilha de quartzo entre

as lminas NA e NF, para garantir a isolao neste ponto em que existe uma grande

proximidade fsica entre eles. conforme a figura que segue.

obvio que, pelas mesmas razes expostas, ao falarmos das lminas o vidro deve ter um

determinado coeficiente de dilatao. Para aumentar a capacidade de dissipao de calor do

dispositivo, xido de fero acrescentado ao vidro, o que lhe d a colorao esverdeada o que

caracteriza este tipo de componente.


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Contatos

Mnima resistncia hmica, capacidade de resistir ao faiscamento, so algumas das exigncias

para estes elementos dos reed switches.

Estas caractersticas so resultantes de banhos eletrolticos rigorosamente controlados. O

material mais usado a liga de Rdio/rutnio que tem um ponto de fuso de aproximadamente

de 2000 oC e apresenta uma resistncia de contato inicial que pode variar entre 50 e 200

miliohms dependendo do tipo de ampola.

As ampolas com contato NA de Rdio/rutnio, comutam, dependendo de seu tamanho

potncias de 10 a 15 watts.

Para comutao de potncia mais elevadas, at 100 W com contatos NA, existem ampolas

com contatos de tungstnio, que tem um ponto de fuso bem mais alto, de 3387 oC, mas com

resistncias de contato mais elevadas, da ordem de 500

Sensores sonares (ou ultrassnicos)


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Esses sensores utilizam o princpio da emisso de ondas sonoras em altssima freqncia

e a medio do tempo levado para recepo da onda sonora chocar-se contra o objeto e voltar,

usando o princpio V=s/t.. So capazes de detectar praticamente qualquer tipo de objeto

exceto aqueles que no refletem som. Esto divididos em seis princpios de atuao: difuso (a

onda sonora se choca com o objeto e comuta a sada. aplicado para detectar a presena ou

contagem de peas), reflexivo (emite a onda sonora para um anteparo, e quando um objeto

entra na rea de atuao, a sada comutada. aplicado para detectar a presena de objetos

com superfcies irregulares), difuso com supresso de fundo (com operao semelhante ao

difuso, sendo possvel delimitar a distncia detectando o objeto em determinado ponto), difuso

com supresso de frente (tambm semelhante ao difuso, determinando a partir de qual

distncia mnima em que o objeto a ser detectado deve estar posicionado para redefinir a

sada), difuso com supresso de frente e fundo (determina-se o intervalo de espao no qual o

objeto deve estar posicionado para que a sada se estabelea), e sada analgica (podem

medir distncia e apresentar valores equivalentes de tenso e corrente). Os sensores sonares

podem ainda ser ligados a uma interface de comunicao e alguns parmetros serem

programados via computador. So encontrados, por exemplo, na medio de nveis de

tanques.

Sensor de deslocamento

Transdutores lineares de deslocamento so sensores projetados para medir deslocamentos,

pelo princpio da fita plstica condutiva (filme espesso), para cursos de 10mm a 2.0m. A

mxima velocidade de deslocamento de 10m/s, com vida til de 25x106 metros de

deslocamento percorrido, ou 100x106 operaes, vlido para aquele que ocorrer primeiro.


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Um tipo de transdutor linear de deslocamento o Doc 074, modelo PZ 34F da Gefran Brasil,

com fixao atravs de flange. A FIG. 3 apresenta a fotografia deste transdutor linear de

deslocamento. Algumas de suas especificaes tcnicas:

-Curso eltrico til (m): 25 a 250; -Linearidade independente: 0,2% / 25mm

0,1% / 50mm a 100mm

0,05% / 125mm a 250mm

-Faixa de temperatura permissvel: -30C a 100C; -Velocidade mxima de deslocamento:

10m/s;


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-Fora de acionamento:


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. Energia Trmica. . Calor.

A Energia Trmica de um corpo a somatria das energias cinticas, dos seus tomos, e alm

de depender da temperatura, depende tambm da massa e do tipo de substncia.

Calor energia em trnsito ou a forma de energia que transferida atravs da fronteira de um

sistema em virtude da diferena de temperatura.

At o final do sculo XVI, quando foi desenvolvido o primeiro dispositivo para avaliar

temperatura, os sentidos do nosso corpo foram os nicos elementos de que dispunham os

homens para dizer se um certo corpo estava mais quente ou frio do que um outro, apesar da

inadequao destes sentidos sob ponto de vista cientfico.

A literatura geralmente reconhece trs meios distintos de transmisso de calor: conduo,

radiao e conveco.


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Conduo

A conduo um processo pelo qual o calor flui de uma regio de alta temperatura para outra

de temperatura mais baixa, dentro de um meio slido, lquido ou gasoso ou entre meios

diferentes em contato fsico direto.

Radiao

A radiao um processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de

baixa, quando os mesmos esto separados no espao, ainda que exista um vcuo entre eles.

Conveco

A conveco um processo de transporte de energia pela ao combinada da conduo decalor, armazenamento de energia e movimento da mistura. A conveco mais importante

como mecanismo de transferncia de energia ( calor ) entre uma superfcie slida e um lqido

ou gs.

Desde o incio da termometria, os cientistas, pesquisadores e fabricantes de termmetro,

sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada temperatura por meio de

escalas reproduzveis, como existia na poca, para Peso, Distncia, Tempo.

As escalas que ficaram consagradas pelo uso foram Fahrenheit e a Celsius. A escala

Fahrenheit definida atualmente com o valor 32 no ponto de fuso do gelo e 212 no ponto de

ebulio da gua. O intervalo entre estes dois pontos dividido em 180 partes iguais, e cada

parte um grau Fahrenheit.

A escala Celsius definida atualmente com o valor zero no ponto de fuso do gelo e 100 no

ponto de ebulio da gua. O intervalo entre os dois pontos est dividido em 100 partes iguais,

e cada parte um grau Celsius. A denominao "grau centgrado" utilizada anteriormente no

lugar de "Grau Celsius", no mais recomendada, devendo ser evitado o seu uso.

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

referncia so totalmente arbitrrios.

Se abaixarmos a temperatura continuamente de uma substncia, atingimos um ponto limite

alm do qual impossvel ultrapassar, pela prpria definio de temperatura. Este ponto, onde

cessa praticamente todo movimento atmico, o zero absoluto de temperatura.


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Atravs da extrapolao das leituras do termmetro gs, pois os gases se liqefazem antes

de atingir o zero absoluto, calculou-se a temperatura deste ponto na escala Celsius em -

273,15C.

Existem escalas absolutas de temperatura, assim chamadas porque o zero delas fixado nozero absoluto de temperatura.

Existem duas escalas absolutas atualmente em uso: a Escala Kelvin e a Rankine. A Escala

Kelvin possui a mesma diviso da Celsius, isto , um grau Kelvin igual um grau Celsius,

porm o seu zero se inicia no ponto de temperatura mais baixa possvel, 273,15 graus abaixo

do zero da Escala Celsius.

A Escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da escala Kelvin, porm sua diviso

idntica da Escala Fahrenheit. A representao das escalas absolutas anloga s escalas

relativas:- Kelvin ==> 400K (sem o smbolo de grau " "). Rankine ==> 785R.

A Escala Fahrenheit usada principalmente na Inglaterra e Estados Unidos da Amrica, porm

seu uso tem declinado a favor da Escala Celsius de aceitao universal.

A Escala Kelvin utilizada nos meios cientficos no mundo inteiro e deve substituir no futuro a

escala Rankine quando estiver em desuso a Fahrenheit.

Existe uma outra escala relativa a Reamur, hoje j praticamente em desuso. Esta escala adota

como zero o ponto de fuso do gelo e 80 o ponto de ebulio da gua. O intervalo divididoem oitenta partes iguais. (Representao - Re).

Converso de escalas

A figura seguir, compara as escalas de temperaturas existentes


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Desta comparao podemos retirar algumas relaes bsicas entre as escalas:

5 9 5 9

Outras relaes podem ser obtidas combinando as apresentadas entre si Exemplo:

O ponto de ebulio do oxignio -182,86C. Exprimir esta temperatura em:

C = F 32 = K 273 = R - 491 a) C p/ K : K = 273 + (-182,86) = 90,14 K b) C p/ F :


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5 9

5 9

- 182,86 = R 491 = 161,85 R

Escala Internacional de Temperatura

Para melhor expressar as leis da termodinmica, foi criada uma escala baseada em fenmenos

de mudana de estado fsico de substncias puras, que ocorrem em condies nicas de

temperatura e presso. So chamados de pontos fixos de temperatura.

Chama-se esta escala de IPTS - Escala Prtica Internacional de Temperatura. A primeira

escala prtica internacional de temperatura surgiu em 1927 modificada em 1948 (IPTS-48). Em

1960 mais modificaes foram feitas e em 1968 uma nova Escala Prtica Internacional de

Temperatura foi publicada (IPTS-68).

A mudana de estado de substncias puras (fuso, ebulio) normalmente desenvolvida sem

alterao na temperatura. Todo calor recebido ou cedido pela substncia utilizado pelo

mecanismo de mudana de estado.


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Os pontos fixos utilizados pela IPTS-68 so dados na tabela abaixo:

ESTADO DE EQUILBRIOTEMPERATURA (C) Ponto triplo do hidrognio-259,34 Ponto de

ebulio do hidrognio-252,87 Ponto de ebulio do nenio-246,048 Ponto triplo do oxignio-

218,789 Ponto de ebulio do oxignio-182,962 Ponto triplo da gua0,01 Ponto de ebulio da

gua10,0 Ponto de solidificao do zinco419,58 Ponto de solidificao da prata916,93 Pontode solidificao do ouro1064,43


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Ponto triplo o ponto em que as fases slida, lquida e gasosa encontram-se em equilbrio.

A ainda atual IPTS-68 cobre uma faixa de -259,34 a 1064,34C, baseada em pontos de fuso,

ebulio e pontos triplos de certas substncias puras como por exemplo o ponto de fuso dealguns metais puros.

Hoje j existe a ITS-90 Escala Internacional de Temperatura, definida em fenmenos

determinsticos de temperatura e que definiu alguns pontos fixos de temperatura.

Com o desenvolvimento tecnolgico diferente em diversos pases, criou-se uma srie de

normas e padronizaes, cada uma atendendo uma dada regio. As mais importantes so:

Para atender as diferentes especificaes tcnicas na rea da termometria, cada vez mais se

somam os esforos com o objetivo de unificar estas normas. Para tanto, a Comisso

Internacional Eletrotcnica - IEC, vem desenvolvendo um trabalho junto aos pases envolvidos

neste processo normativo, no somente para obter normas mais completas e aperfeioadas

mas tambm de prover meios para a internacionalizao do mercado de instrumentao

relativo a termopares.


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Como um dos participantes desta comisso, o Brasil atravs da Associao Brasileira de

Normas Tcnicas - ABNT, est tambm diretamente interessado no desdobramento deste

assunto e vem adotando tais especificaes como Normas Tcnicas Brasileiras.

TERMMETRO A DILATAO DE LQUIDO Caractersticas

Os termmetros de dilatao de lquidos, baseiam-se na lei de expanso volumtrica de um

lquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado.

A equao que rege esta relao :

onde:

t = Temperatura do lquido em OC Vo = Volume do lquido temperatura inicial de referncia to

Vt = Volume do lquido temperatura t 1, 2, 3 = Coeficiente de expanso do lquido oC-1


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Teoricamente esta relao no linear, porm como os termos de segunda e terceira ordem

so desprezveis, na prtica consideramos linear. E da:

Vt = Vo.( 1 + .t)

Os tipos podem variar conforme sua construo:

- Recipiente de vidro transparente - Recipiente metlico

Termmetros de dilatao de lquido em recipiente de vidro

constitudo de um reservatrio, cujo tamanho depende da sensibilidade desejada, soldada a

um tubo capilar de seo , mais uniforme possvel fechado na parte superior.

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

existe um alargamento que protege o termmetro no caso da temperatura ultrapassar seu

limite mximo.

Aps a calibrao, a parede do tubo capilar graduada em graus ou fraes deste. A medio

de temperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo da coluna lquida.

Os lquidos mais usados so: Mercrio, Tolueno, lcool e Acetona Nos termmetros industriais,

o bulbo de vidro protegido por um poo metlico e o tubo capilar por um invlucro metlico.

SOLIDIFICAO(oC) PONTO DE

EBULIO(oC) FAIXA DE USO(oC)


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No termmetro de mercrio, pode-se elevar o limite mximo at 550OC injetando-se gs inerte

sob presso, evitando a vaporizao do mercrio.

Por ser frgil e impossvel registrar sua indicao ou transmiti-la distncia, o uso deste

termmetro mais comum em laboratrios ou em indstrias, com a utilizao de uma proteo

metlica.


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Termmetro de dilatao de lquido em recipiente metlico.

Neste termmetro, o lquido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumento de

temperatura se dilata, deformando um elemento extensvel (sensor volumtrico).


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Caractersticas dos elementos bsicos deste termmetro:

Bulbo

Suas dimenses variam de acordo com o tipo de lquido e principalmente com a sensibilidade

desejada. A tabela abaixo, mostra os lquidos mais usados e sua faixa de utilizao:

LQUIDOFAIXA DE UTILIZAO (oC) Mercrio-35 +550 Xileno-40 +400 Tolueno-80

+100 lcool50 +150

Capilar

Suas dimenses so variveis, sendo que o dimetro interno deve ser o menor possvel, a fim

de evitar a influencia da temperatura ambiente, porm no deve oferecer resistncia a

passagem do lquido em expanso.

Elemento de Medio O elemento usado o Tubo de Bourdon, podendo ser :

Os materiais mais usados so: bronze fosforoso, cobre - berlio , ao - inox e ao - carbono.


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Pelo fato deste sistema utilizar lquido inserido num recipiente e da distncia entre o elemento

sensor e o bulbo ser considervel, as variaes na temperatura ambiente afetam no somente

o lquido no bulbo, mas em todo o sistema (bulbo, capilar e sensor) causando erro de indicao

ou registro. Este efeito da temperatura ambiente compensado de duas maneiras que so

denominadas classe 1A e classe 1B.

Na classe 1B a compensao feita somente no sensor, atravs de uma lamina bimetlica.

Este sistema normalmente preferido por ser mais simples, porm o comprimento mximo do

capilar para este sistema de compensao de aproximadamente 6 metros.

Quando esta distncia for maior o instrumento deve possuir sistema de compensao classe

1A, onde a compensao feita no sensor e no capilar, por meio de um segundo capilar ligado

a um elemento de compensao idntico ao de medio, sendo os dois ligados em oposio.

O segundo capilar tem comprimento idntico ao capilar de medio, porm no est ligado aum bulbo.

A aplicao destes termmetros, se encontra na indstria em geral para indicao e registro,pois permite leituras remotas e por ser o mais preciso dos sistemas mecnicos de medio de


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temperatura, porm no recomendvel para controle por causa de seu tempo de resposta ser

relativamente grande (mesmo usando fluido trocador de calor entre bulbo e poo de proteo

para diminuir este atraso conforme figura abaixo). O poo de proteo, permite manuteno do

termmetro com o processo em operao.

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

que prejudicariam o movimento do lquido em seu interior, causando problemas de medio.

TERMMETROS PRESSO DE GS Princpio de funcionamento

Fisicamente idntico ao termmetro de dilatao de lquido, consta de um bulbo, elemento de

medio e capilar de ligao entre estes dois elementos.

O volume do conjunto constante e preenchido com um gs a alta presso. Com a variao da

temperatura, o gs varia sua presso conforme, aproximadamente a lei dos gases perfeitos,

com o elemento de medio operando como medidor de presso. A Lei de Gay-Lussac,

expressa matematicamente este conceito:


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P1 = P2 = = PnT1 T2 Tn

Observa-se que as variaes de presso so linearmente dependentes da temperatura, sendo

o volume constante. Caractersticas

O gs mais utilizado o N 2 e geralmente pressurizado com uma presso de 20 a 50 atm.,

na temperatura mnima a medir. Sua faixa de medio vai de -100 a 600 oC, sendo o limite

inferior devido a prpria temperatura crtica do gs e o superior proveniente do recipiente

apresentar maior permeabilidade ao gs nesta temperatura , o que acarretaria sua perda

inutilizando o termmetro.

Tipos de gs de enchimento:

Gs Temperatura Crtica Hlio ( He )- 267,8 oC Hidrognio ( H2 )- 239,9 oC Nitrognio ( N2 )-

147,1 oC Dixido de Carbono ( CO2 )- 31,1 oC

TERMMETRO PRESSO DE VAPOR Principio de funcionamento

Sua construo bastante semelhante ao de dilatao de lquidos, baseando o seufuncionamento na Lei de Dalton:

"A presso de vapor saturado depende somente de sua temperatura e no de seu volume"

Portanto para qualquer variao de temperatura haver uma variao na tenso de vapor do

gs liqefeito colocado no bulbo do termmetro e, em conseqncia disto, uma variao na

presso dentro do capilar.


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A relao existente entre tenso de vapor de um lquido e sua temperatura do tipo logartmica

e pode ser simplificada para pequenos intervalos de temperatura em:

P1 /P 2 = H e . ( 1/T 1 - 1/T2 ) / 4,58 onde:

P1 e P 2 = Presses absolutas relativas as temperaturas T1 e T2 = Temperaturas absolutas H

e = Representa o calor latente de evaporao do lquido em questo

A tabela a seguir, mostra os lquidos mais utilizados e seus pontos de fuso e ebulio:


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LquidoPonto de Fuso ( oC )Ponto de ebulio ( oC )

Cloreto de Metila- 139- 24

Butano- 135- 0,5

TERMMETROS DILATAO DE SLIDOS (TERMMETROS BIMETLICOS) Princpio

de funcionamento

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

Lt = Lo. ( 1 + .t) onde: t= temperatura do metal em oC Lo = comprimento do metal temperatura inicial de referncia t o Lt = comprimento do metal temperatura final t =

coeficiente de dilatao linear

t= t - t o Caractersticas de construo

O termmetro bimetlico consiste em duas laminas de metais com coeficientes de dilatao

diferentes sobrepostas, formando uma s pea. Variando-se a temperatura do conjunto,

observa-se um encurvamento que proporcional a temperatura

Na prtica a lamina bimetlica enrolada em forma de espiral ou hlice, o que aumenta

bastante a sensibilidade.

O termmetro mais usado o de lamina helicoidal, e consiste em um tubo bom condutor de

calor, no interior do qual fixado um eixo que por sua vez recebe um ponteiro que se desloca

sobre uma escala.

Normalmente usa - se o invar (ao com 64% Fe e 36% Ni) com baixo coeficiente de dilatao e

o lato como metal de alto coeficiente de dilatao.


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A faixa de trabalho dos termmetros bimetlicos vai aproximadamente de -50 a 800 oC, sendo

sua escala bastante linear. Possui exatido na ordem de +/- 1%.

Medio de temperatura com Termopar

Um termopar consiste de dois condutores metlicos, de natureza distinta, na forma de metais

puros ou de ligas homogneas. Os fios so soldados em um extremo ao qual se d o nome de


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

medio de f.e.m. ( fora eletromotriz ), fechando um circuito eltrico por onde flui a corrente.

O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medio

chamado de junta fria ou de referncia.

O aquecimento da juno de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m.. Este princpio

conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizao de termopares para a medio de

temperatura. Nas aplicaes prticas o termopar apresenta-se normalmente conforme a figura

acima .

O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura ( T ) existente entre as juntas quente e

fria, ser de um modo geral indicado, registrado ou transmitido.

Efeitos Termoeltricos

Quando dois metais ou semicondutores dissimilares so conectados e as junes mantidas a

diferentes temperaturas, quatro fenmenos ocorrem simultaneamente: o efeito Seebeck, o

efeito Peltier, o efeito Thomson e o efeito Volta.

A aplicao cientfica e tecnolgica dos efeitos termoeltricos muito importante e sua

utilizao no futuro cada vez mais promissora. Os estudos das propriedades termoeltricas

dos semicondutores e dos metais levam, na prtica, aplicao dos processo de medies na

gerao de energia eltrica ( bateria solar ) e na produo de calor e frio. O controle detemperatura feito por pares termoeltricos uma das importantes aplicaes do efeito

Seebeck.


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Atualmente, busca-se o aproveitamento industrial do efeito Peltier, em grande escala, para

obteno de calor ou frio no processo de climatizao ambiente.

Efeito termoeltrico de Seebeck

O fenmeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T.J. Seebeck quando ele notou

que em um circuito fechado, formado por dois condutores diferentes A e B, ocorre uma

circulao de corrente enquanto existir um diferena de temperatura T entre as suas junes.

Denominamos a junta de medio de Tm , e a outra, junta de referncia de Tr. A existncia de

uma f.e.m. trmica AB no circuito conhecida como efeito Seebeck. Quando a temperatura da

junta de referncia mantida constante, verifica-se que a f.e.m. trmica uma funo da

temperatura Tm da juno de teste. Este fato permite utilizar um par termoeltrico como um

termmetro.


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

condutor para outro e depende da temperatura. Quando dois condutores diferentes so

conectados para formar duas junes e estas so mantidas a diferentes temperaturas, a

difuso dos eltrons nas junes se produz a ritmos diferentes.

Efeito termoeltrico de Peltier

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

temperatura, se, mediante uma bateria exterior, produz-se uma corrente no termopar, as

temperaturas da junes variam em uma quantidade no inteiramente devida ao efeito Joule.

Esta variao adicional de temperatura o efeito Peltier. O efeito Peltier produz-se tanto pela

corrente proporcionada por uma bateria exterior como pelo prprio par termoeltrico.

O coeficiente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam uma juno, sendo

independente da temperatura da outra juno .O calor Peltier reversvel. Quando se inverte o

sentido da corrente, permanecendo constante o seu valor, o calor Peltier o mesmo, porm

em sentido oposto. Efeito termoeltrico de Thomson

Em 1854, Thomson conclui, atravs das leis da termodinmica, que a conduo de calor, ao

longo dos fios metlicos de um par termoeltrico, que no transporta corrente, origina uma

distribuio uniforme de temperatura em cada fio.

Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuio de temperatura em uma

quantidade no inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variao adicional na distribuio da

temperatura denomina-se efeito Thomson.


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O efeito Thomson depende do metal de que feito o fio e da temperatura mdia da pequena

regio considerada. Em certos metais h absoro de calor, quando uma corrente eltrica flui

da parte fria para a parte quente do metal e que h gerao de calor quando se inverte o

sentido da corrente. Em outros metais ocorre o oposto deste efeito, isto , h liberao de calor

quando uma corrente eltrica flui da parte quente para a parte fria do metal . Conclui-se que,

com a circulao de corrente ao longo de um fio condutor, a distribuio de temperatura neste

condutor se modificar, tanto pelo calor dissipado por efeito Joule, como pelo efeito Thomson.

Efeito termoeltrico de Volta

A experincia de Peltier pode ser explicada atravs do efeito Volta enunciado a seguir:

" Quando dois metais esto em contato a um equilbrio trmico e eltrico, existe entre eles uma

diferena de potencial que pode ser da ordem de Volts ". Esta diferena de potencial depende

da temperatura e no pode ser medida diretamente.

Leis Termoeltricas


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Da descoberta dos efeitos termoeltricos partiu-se atravs da aplicao dos princpios da

termodinmica, a enunciao das trs leis que constituem a base da teoria termoeltrica nas

medies de temperatura com termopares, portanto, fundamentados nestes efeitos e nestas

leis, podemos compreender todos os fenmenos que ocorrem na medida de temperatura com

estes sensores. Lei do circuito homogneo

" A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoeltrico de dois metais diferentes, com

suas junes as temperaturas T1 e T2, independente do gradiente de temperatura e de sua

distribuio ao longo dos fios". Em outras palavras, a f.e.m. medida depende nica e

exclusivamente da composio qumica dos dois metais e das temperaturas existentes nas

junes.

Um exemplo de aplicao prtica desta lei que podemos ter uma grande variao de

temperatura em um ponto qualquer, ao longo dos fios dos termopares, que esta no influir na

f.e.m. produzida pela diferena de temperatura entre as juntas, portanto, pode-se fazer

medidas de temperaturas em pontos bem definidos com os termopares, pois o importante a

diferena de temperatura entre as juntas. Lei dos metais intermedirios

" A soma algbrica das f.e.m. termais em um circuito composto de um nmero qualquer demetais diferentes zero, se todo o circuito estiver a mesma temperatura". Deduz-se da que

um circuito termoeltrico, composto de dois metais diferentes, a f.e.m. produzida no ser

alterada ao inserirmos, em qualquer ponto do circuito, um metal genrico, desde que as novas

junes sejam mantidas a temperaturas iguais.

Onde se conclui que:


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T3 = T4 --> E1 = E2 T3 = T4 --> E1 = E2

Um exemplo de aplicao prtica desta lei a utilizao de contatos de lato ou cobre, para

interligao do termopar ao cabo de extenso no cabeote.

Lei das temperaturas intermedirias

" A f.e.m. produzida em um circuito termoeltrico de dois metais homogneos e diferentes entre

si, com as suas junes as temperaturas T1 e T3 respectivamente, a soma algbrica da

f.e.m. deste circuito, com as junes as temperaturas T1 e T2 e a f.e.m. deste mesmo circuito

com as junes as temperaturas T2 e T3.


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Um exemplo prtico da aplicao desta lei, a compensao ou correo da temperatura

ambiente pelo instrumento receptor de milivoltagem.

Correlao da F.E.M. em Funo da Temperatura

Visto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composio qumica dos condutores e

da diferena de temperatura entre as juntas, isto , a cada grau de variao de temperatura,

podemos observar uma variao da f.e.m. gerada pelo termopar, podemos, portanto, construir

uma tabela de correlao entre temperatura e a f.e.m., por uma questo prtica padronizou- se

o levantamento destas curvas com a junta de referncia temperatura de 0C.

Essas tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e levantadas de acordo

com a Escala Prtica Internacional de Temperatura de 1968 ( IPTS-68 ), recentementeatualizada pela ITS-90, para os termopares mais utilizados.

A partir dessas tabelas podemos construir um grfico conforme a figura a seguir ,onde est

relacionado a milivoltagem gerada em funo da temperatura, para os termopares segundo a

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


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Tipos e Caractersticas dos Termopares

Existem vrias combinaes de 2 metais condutores operando como termopares. As

combinaes de fios devem possuir uma relao razoavelmente linear entre temperatura e

f.e.m.; devem desenvolver uma f.e.m. por grau de mudana de temperatura, que seja

detectvel pelos equipamentos normais de medio.

Foram desenvolvidas diversas combinaes de pares de Ligas Metlicas, desde os mais

corriqueiros de uso industrial, at os mais sofisticados para uso especial ou restrito a

laboratrio.

Essas combinaes foram feitas de modo a se obter uma alta potncia termoeltrica, aliando-

se ainda as melhores caractersticas como homogeneidade dos fios e resistncia a corroso,

na faixa de utilizao, assim cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de

trabalho, que deve ser respeitada, para que se tenha a maior vida til do mesmo. Podemos

dividir os termopares em trs grupos, a saber:

- Termopares Bsicos - Termopares Nobres


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- Termopares Especiais Termopares bsicos

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

relativamente baixo e sua aplicao admite um limite de erro maior . TIPO T

Nomenclaturas: T - Adotado pela Norma ANSI C - Adotado pela Norma JIS Cu - Co Cobre -

Constantan

( - ) Constantan - So as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu ( 50 % ) e Cu ( 65

% )

Ni ( 35 % ). A composio mais utilizada para este tipo de termopar de Cu ( 58 % ) e Ni ( 42

% ). Caractersticas:

Faixa de utilizao: - 200 C a 370 C F.e.m. produzida: - 5,603 mVMa 19,027 mV Aplicaes:

Criometria ( baixas temperaturas ), Indstrias de refrigerao, Pesquisas agronmicas e

ambientais, Qumica e Petroqumica.

Nomenclaturas: J - Adotada pela Norma ANSI IC - Adotada pela Norma JIS Fe-Co Ferro -

Constantan Liga: ( + ) Ferro - ( 9,5 % )

( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ), normalmente se produz o ferro a partir de sua

caracterstica casa-se o constantan adequado. Caractersticas:

Faixa de utilizao: -40 C a 760 C f.e.m. produzida: - 1,960 mV a 42,922 mV Aplicaes:

Centrais de energia, Metalrgica, Qumica, Petroqumica, indstrias em geral.

Nomenclatura: E - Adotada pela Norma ANSI CE - Adotada pela Norma JIS NiCr-Co Liga: ( + )

Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % )

( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % )

Caractersticas:


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Faixa de utilizao: -200 C a 870 C f.e.m. produzida: - 8,824 mV a 6,473 mV Aplicaes:

Qumica e Petroqumica

Nomenclaturas: K - Adotada pela Norma ANSI CA - Adotada pela Norma JIS

Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % )

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

Caractersticas:

Faixa de utilizao: - 200 C a 1260 C f.e.m. produzida: - 5,891 mV a 50,9 mV Aplicaes:

Metalrgicas, Siderrgicas, Fundio, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cermica, Indstrias em

geral. Termopares nobres

So aqueles que os pares so constitudos de platina. Embora possuam custo elevado e

exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido baixa potncia termoeltrica,

apresentam uma altssima preciso, dada a homogeneidade e pureza dos fios dos termopares.


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Nomenclaturas: S - Adotada pela Norma ANSI Pt Rh 10 % - Pt Liga: ( + ) Platina 90% Rhodio

10 % ( - ) Platina 100 %

Caractersticas: Faixa de utilizao: 0 C a 1600 C

f.e.m. produzida: 0 mV a 16,771 mV Aplicaes: Siderrgica, Fundio, Metalrgica, Usina de

Cimento, Cermica, Vidro e Pesquisa Cientfica.

Observao: utilizado em sensores descartveis na faixa de 1200 a 1768 C, para medio

de metais lquidos em Siderrgicas e Fundies

Nomenclaturas: R - Adotada pela Norma ANSI PtRh 13 % - Pt Liga: ( + ) Platina 87 % Rhodio

13 %

( - ) Platina 100 %

Caractersticas:

Faixa de utilizao: 0 C a 1600 C f.e.m. produzida: 0 mV a 18,842 mV Aplicaes: As

mesmas do tipo S TIPO B

Nomenclaturas: B - Adotada pela Norma ANSI PtRh 30 % - PtRh 6 % Liga: ( + ) Platina 70 %

Rhodio 30 %

( - ) Platina 94 % Rhodio 6 %

Caractersticas:

Faixa de utilizao: 600 a 1700 C f.e.m. produzida: 1,791 mV a 12,426 mV Aplicaes: Vidro,

Siderrgica, alta temperatura em geral. Termopares especiais

Ao longo do anos, os tipos de termopares produzidos oferecem, cada qual, uma caracterstica

especial porm, apresentam restries de aplicao , que devem ser consideradas.


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Novos tipos de termopares foram desenvolvidos para atender as condies de processo onde

os termopares bsicos no podem ser utilizados.

Tungstnio Rhnio

Esses termopares podem ser usados continuamente at 2300 C e por curto perodo at 2750

C.

Irdio 4 0 % - Rhodio / Irdio

Esses termopares podem ser utilizados por perodos limitados at 2000 C.

Platina - 4 0% Rhodio / Platina - 2 0 % Rhodio

Esses termopares so utilizados em substituio ao tipo B onde temperaturas um pouco mais

elevadas so requeridas. Podem ser usado continuamente at 1600 C e por curto perodo at

1800 C ou 1850 C.


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Ouro- Ferro / Chromel

Esses termopares so desenvolvidos para trabalhar em temperaturas criognicas.

Nicrosil / Nisil

Basicamente, este novo par termoeltrico um substituto para o par tipo K, apresentando uma

fora eletromotriz um pouco menor em relao ao tipo K.

Correo da Junta de Referncia

As tabelas existentes da f.e.m. gerada em funo da temperatura para os termopares, tm

fixado a junta de referncia a 0 C ( ponto de solidificao da gua ), porm nas aplicaes

prticas

dos termopares junta de referncia considerada nos terminais do instrumento receptor e esta

se encontra a temperatura ambiente que normalmente diferente de 0 C e varivel com o

tempo, tornando assim necessrio que se faa uma correo da junta de referncia, podendo

esta ser automtica ou manual

Os instrumentos utilizados para medio de temperatura com termopares costumam fazer a

correo da junta de referncia automaticamente, sendo um dos mtodos utilizados, a medio

da temperatura nos terminais do instrumento, atravs de circuito eletrnico, sendo que este

circuito adiciona a milivoltagem que chega aos terminais, uma milivoltagem correspondente a

diferena de temperatura de 0 C temperatura ambiente.

Existem tambm alguns instrumentos em que a compensao da temperatura fixa em 20

C ou 25 C. Neste caso, se a temperatura ambiente for diferente do valor fixo, o instrumento

indicar a temperatura com um erro que ser tanto maior quanto maior for a diferena de

temperatura ambiente e do valor fixo.

importante no esquecer que o termopar mede realmente a diferena entre as temperaturas

das junes. Ento para medirmos a temperatura do ponto desejado precisamos manter a

temperatura da juno de referncia invarivel.


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FEM = 1,03 mV 20 C

Esta temperatura obtida pelo clculo est errada pois o valor da temperatura correta que o meu

termmetro tem que medir de 50 C.

FEM = JM - JR FEM = 2,25 - 1,2 FEM = 1,03 mV + a mV correspondente a temperatura

ambiente para fazer a compensao automtica, portanto:

FEM= mV JM mV JR + mV CA (Compensao automtica) FEM = 2,25 - 1,2 + 1,2

FEM = 2,25 mV 50 C


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A leitura agora est correta, pois 2,25 mV corresponde a 50 C que a temperatura do

processo. Hoje em dia a maioria dos instrumentos fazem a compensao da junta de

referncia automaticamente. A compensao da junta de referncia pode ser feita

manualmente. Pega-se o valor da mV na tabela correspondente a temperatura ambiente e

acrescenta-se ao valor de mV lido por um milivoltmetro.

Fios de Compensao e Extenso

Na maioria das aplicaes industriais de medio de temperatura, atravs de termopares, o

elemento sensor no se encontra junto ao instrumento receptor.

Nestas condies torna-se necessrio que o instrumento seja ligado ao termopar, atravs de

fios que possuam uma curva de fora eletromotriz em funo da temperatura similar aquela do

termopar, afim de que no instrumento possa ser efetuada a correo na junta de referncia.Definies:

1- Convenciona-se chamar de fios aqueles condutores constitudos por um eixo slido e de

cabos aqueles formados por um feixe de condutores de bitola menor, formando um condutor

flexvel.

2- Chama-se de fios ou cabos de extenso aqueles fabricados com as mesmas ligas dos

termopares a que se destinam. Exemplo: Tipo TX, JX, EX e KX.

3- Chama-se de fios ou cabos de compensao aqueles fabricados com ligas diferentes das

dos termopares a que se destinam, porm que forneam, na faixa de utilizao recomendada,

uma curva da fora eletromotriz em funo da temperatura equivalente desses termopares.

Exemplo : Tipo SX e BX.

Os fios e cabos de extenso e compensao so recomendados na maioria dos casos para

utilizao desde a temperatura ambiente at um limite mximo de 200 C.

Erros De Ligao Usando fios de cobre

Geralmente na aplicao industrial, necessrio que o termopar e o instrumento encontrem-se

relativamente afastados, por no convir que o aparelho esteja demasiadamente prximo ao

local onde se mede a temperatura .Nestas circunstncias deve-se, processar a ligao entre os

terminais do cabeote e o aparelho, atravs de fios de extenso ou compensao.

Tal, procedimento executado sem problemas desde que, o cabeote onde esto os terminais

do termopar e o registrador, estejam a mesma temperatura de medio. Vejamos o que

acontece quando esta norma no obedecida.


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Uma soluo simples que normalmente usada na prtica, ser a insero de fios de

compensao entre o cabeote e o registrador . Estes fios de compensao em sntese, nada

mais so que outros termopares cuja funo compensar a queda da FEM que aconteceu no

caso estudado, ocasionada pela diferena de temperatura entre o cabeote e o registrador.

Vejamos o que acontece se, no exemplo anterior, ao invs de cobre usamos um fio

compensado. A figura mostra de que maneira se processa a instalao.


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Como no caso acima, a FEM efetiva no cabeote de 20,74 mV. Dela , at o registrador, soutilizados fios de extenso compensados, os quais adicionam FEM uma parcela igual a 0,57

mV, fazendo assim com que chegue ao registrador uma FEM efetiva de 2,26 mV. Este valor

corresponder a temperatura real dentro do forno ( 538 C ). A vantagem desta tcnica provm

do fato de que os fios de compensao, alm de terem custo menor que os fios do termopar

propriamente dito, tambm so mais resistentes. Inverso simples

Conforme o esquema a seguir, os fios de compensao foram invertidos. Assume-se que o

forno esteja a 538 C, o cabeote a 38 C e o registrador a 24 C.

compensao automtica do registrador. Istofar

com que o registrador indique umatemperatura

Devido a diferena de temperatura entre o cabeote e o registrador, ser gerada uma FEM de

0,57 mV. Porm em virtude da simples inverso, o fio positivo est ligado no borne negativo do

registrador e vice- versa. Isto far com que a FEM produzida ao longo do circuito se oponha

quela do circuito de negativa.


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Inverso dupla

No caso a seguir, consideramos o caso da existncia de uma dupla inverso, isto acontece

com freqncia pois, quando uma simples inverso constatada, comum pensar-se que uma

nova troca de ligao dos terminais compensar o erro. Porm isto no acontece, e a nica

maneira de solucionar o problema ser efetuar uma ligao correta.


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Termopar De Isolao Mineral

O termopar de isolao mineral constitudo de um ou dois pares termoeltricos, envolvidos

por um p isolante de xido de magnsio, altamente compactado em uma bainha externa

metlica. Devido a esta construo, os condutores do par termoeltrico ficam totalmente

protegidos contra a atmosfera exterior, consequentemente a durabilidade do termopar depende

da resistncia a corroso da sua bainha e no da resistncia a corroso dos condutores. Em

funo desta caracterstica, a escolha do material da bainha fator importante na

especificao destes.

Vantagens dos termopares de isolao mineral


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A. Estabilidade Na Fora Eletromotriz

A estabilidade da FEM do termopar caracterizada em funo dos condutores estarem

completamente protegidos contra a ao de gases e outras condies ambientais, que

normalmente causam oxidao e consequentemente perda da FEM gerada.

B. Resistncia Mecnica

O p muito bem compactado, contido dentro da bainha metlica, mantm os condutores

uniformemente posicionados, permitindo que o cabo seja dobrado achatado, torcido ou

estirado, suporte presses externas e choque trmico , sem qualquer perda das propriedades

termoeltricas.


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C Dimenso Reduzida

O processo de fabricao permite a produo de termopares de isolao mineral, com bainhas

de dimetro externo at 1,0 m, permitindo a medida de temperatura em locais que no eram

anteriormente possveis com termopares convencionais.

D Imperpeabilidade A gua , leo E Gs

A bainha metlica assegura a impermeabilidade do termopar a gua, leo e gs.

E Facilidade De Instalao

A maleabilidade do cabo, a sua pequena dimenso, longo comprimento grande resistncia

mecnica, asseguram facilidade de instalao, mesmo nas situaes mais difceis.

F. Adaptabilidade

A construo do termopar de isolao mineral permite que o mesmo seja tratado como sefosse um condutor slido. Em sua capa metlica podem ser montados acessrios, por

soldagem ou brasagem e quando necessrio, sua seo pode ser reduzida ou alterada em sua

configurao.

G. Resposta Mais Rpida

A pequena massa e a alta condutividade trmica do p de xido de magnsio, proporcionam

ao termopar de isolao mineral um tempo de resposta que virtualmente igual ao de um

termopar descoberto de dimenso equivalente.

H. Resistncia A Corroso As bainhas podem ser selecionadas adequadamente para resistir

ao ambiente corrosivo.

I. Resistncia De Isolao Elevada

O termopar de isolao mineral tem uma resistncia de isolao elevada, numa vasta gama de

temperaturas, a qual pode ser mantida sob condies mais midas.

J. Blindagem Eletrosttica

A bainha do termopar de isolao mineral, devidamente aterrada, oferece uma perfeita

blindagem eletrosttica ao par termoeltrico.

Associao De Termopares Associao srie

Podemos ligar os termopares em srie simples para obter a soma das mV individuais. a

chamada termopilha. Este tipo de ligao muito utilizada em pirmetros de radiao total, ouseja, para soma de pequenas mV.


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O instrumento de medio pode ou no compensar a mV da junta de referncia. Se compensar

dever compensar uma mV correspondente ao no. de termopares aplicados na associao.

Exemplo.: 3 termopares mVJR = 1 mV compensa 3 mV

Associao srie oposta

Para medir a diferena de temperatura entre 2 pontos ligamos os termopares em srie oposta.


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O que mede maior temperatura vai ligado ao positivo do instrumento. Os termopares sempre

so do mesmo tipo. Exemplo:

Os termopares esto medindo 56 C e 50 C respectivamente, e a diferena ser medida pelo

milivoltmetro.

FEM T = 2,27 - 2,022 50 C = 2,022 mV

FEM T = FEM2 FEM1 56 C = 2,27 mV FEM T = 0,248 mV = 6 C

No necessrio compensar a temperatura ambiente desde que as juntas de referncia

estejam a mesma temperatura.

Associao em paralelo

Ligando 2 ou mais termopares em paralelo a um mesmo instrumento, teremos a mdia das mV

geradas nos diversos termopares se as resistncias internas foram iguais.

Medio de Temperatura por termoresistncia

Os mtodos de utilizao de resistncias para medio de temperatura iniciaram-se ao redor

de 1835, com Faraday, porm s houve condies de se elaborar as mesmas para utilizao

em processos industriais a partir de 1925.


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Esses sensores adquiriram espao nos processos industriais por suas condies de alta

estabilidade mecnica e trmica, resistncia contaminao, baixo ndice de desvio pelo

envelhecimento e tempo de uso.

Devido a estas caractersticas, esse sensor padro internacional para a medio de

temperatura na faixa de -270 C a 660 C. em seu modelo de laboratrio.

Princpio De Funcionamento

Os bulbos de resistncia so sensores que se baseiam no princpio de variao da resistncia

em funo da temperatura. Os materiais mais utilizados para a fabricao destes tipos de

sensores so a platina, cobre ou nquel, que so metais que apresentam caractersticas de:

a) Alta resistividade, permitindo assim um melhor sensibilidade do sensor. b) Ter alto

coeficiente de variao de resistncia com a temperatura. c) Ter rigidez e ductilidade para ser

transformado em fios finos.

A equao que rege o fenmeno a seguinte:


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Para faixa de -200 a 0 oC:

Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 + C . T3 . ( T 100 ) ] Para faixa de 0 a 850 oC:

Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 ] onde: Rt = resistncia na temperatura T ()

R0= resistncia a 0 oC () T = temperatura (oC )

A = 3,90802 10-3

B = -5,802 10-7

C = -4,2735 10-12

A , B , C = coeficientes inerentes do material empregado

O nmero que expressa a variao de resistncia em funo da temperatura chamado de

alfa () e se relaciona da seguinte forma:

R R o

Construo Fsica Do Sensor

O bulbo de resistncia se compe de um filamento, ou resistncia de Pt, Cu ou Ni, com

diversos revestimentos, de acordo com cada tipo e utilizao.

300 C o nquel perde suas propriedades caractersticas de funcionamento como

As termorresistncias de Ni e Cu tm sua isolao normalmente em esmalte, seda, algodo ou

fibra de vidro. No existe necessidade de protees mais resistentes a temperatura, pois acima

de termorresistncia e o cobre sofre problemas de oxidao em temperaturas acima de 310 C.

Os

automaÇÃo e instrumentaÇÃo

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