instrumentação e controle de processo
TRANSCRIPT
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 1/93
1
Conceitos Básicos de Instrumentaçãoe Controle de Processo
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 2/93
2
Conceitos Os processos industriais são variados, englobam diversos
tipos de produtos e exigem um controle preciso para queesses produtos sejam produzidos em conformidade.
Usualmente, os maiores usuários de instrumentação esistemas de controle são as indústrias que atuam nas áreasde petróleo, química, petroquímica, alimento, cerâmica,siderúrgica, celulose e papel, têxtil, geração de energia
elétrica, etc. Em todos os processos é indispensável se controlar emanter constantes as principais variáveis operacionais taiscomo:pressão, nível, vazão, temperatura, velocidade, etc.
Os sistemas de controle mantêm a variável controlada no
valor especificado, comparando o valor da variável medidacom o valor desejado (ponto de ajuste ou set point) e fazas correções em função do desvio existente entre estes doisvalores (erro ou offset ), sem a necessidade de intervençãodo operador.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 3/93
3
Conceitos Sistemas
Sistema de malha aberta É aquele em que a
informação sobre avariável controlada (nocaso, temperatura dofluído aquecido na saídado trocador de calor)
não é utilizada paraajustar quaisquer dasvariáveis de entrada,visando compensar asvariações que ocorremnas variáveis doprocesso e que
influenciam na variávelcontrolada.
Trocador deCalor
TemperaturaVariável
Controlada
VariávelManipulada
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 4/93
4
Conceitos Sistemas
Sistema de malha fechada A função fundamental do sistema de
controle em malha fechada é regular avariável controlada, de maneira que sejamantida dentro dos limites estabelecidos,fazendo as correções em outra variáveldo processo, que é chamada de variávelmanipulada.
O controle em malha fechada pode ser
realizado por um operador humano(controle manual) ou mediante autilização de instrumentação (controleautomático).
O operador mede a temperatura do fluídoaquecido através do tato, compararamentalmente com a temperaturadesejada (ponto de ajuste ou set point ) ecom base na diferença entre os dois
valores (erro ou offset), o operador fará acomputação (definirá como e quando iráatuar) e em seguida atuará na válvulareferente a variável manipulada, fazendoa correção.
Trocador deCalor
TemperaturaVariável
Controlada
VazãoVariável
Manipulada
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 5/93
5
Conceitos Sistemas
Sistema de malha fechada No caso do controle automático, as
ações executadas são as mesmasque as executadas pelo operadorquando fazendo o controle manual(medir, comparar, computar ecorrigir).
A medição é feita pelo transmissor
de temperatura (TT). A comparação do valor medido pelo
transmissor (TT) com o ponto deajuste dado pelo operador (setpoint) para obtenção do erro (valordo erro = valor do ponto de ajuste– valor medido da variável
controlada) e a computação (queirá considerar os ajuste e tipos deações de controle utilizada) sãoexecutadas pelo controlador detemperatura (TRC), enquanto acorreção será efetivada pela válvulade controle (TV), com base no sinalrecebido do TRC.
Trocador deCalor
Temperatura
VariávelControlada
VariávelManipulada
Vazão
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 6/93
6
Conceitos Classificação dos instrumentos
Instrumentos cegos São instrumentos que não têm indicação visível do valor da variávelmedida. Os instrumentos de alarme, tais como pressostatos etermostatos (chaves de pressão e temperatura), que só possuem umaescala exterior com um índice de seleção para ajuste do ponto deatuação, são instrumentos cegos.
Instrumentos indicadores
São instrumentos que dispõem de indicador e escala graduada, na qualse pode ler o valor da variável medida / controlada.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 7/93
7
Conceitos Classificação dos instrumentos
Instrumentos registradores São instrumentos que registram a variável medida /controlada com um traço contínuo ou através depontos.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 8/93
8
Conceitos Classificação dos instrumentos
Elementos primários São instrumentos que estão em contato direto com avariável medida / controlada ou seja é a parte da malhade controle que primeiro sente o valor da variável. Oelemento primário é conhecido como sensor oudetector.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 9/93
9
Conceitos Classificação dos instrumentos
Transmissores São instrumentos que detectam as variações navariável medida / controlada através do elementoprimário e transmitem-na à distância. O elementoprimário pode ou não fazer parte do transmissor.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 10/93
10
Conceitos Classificação dos instrumentos
Conversores São instrumentos que recebem um sinal de entradapneumático ou eletrônico, procedente de um outroinstrumento, e convertem-no em um sinal de saídapadrão que pode ser de dois tipos. 4 a 20 mAcc 0u 0,2a 1,0 kgf/cm2.
Controladores São instrumentos que comparam o valor da variável
medida / controlada com o valor desejado (set point ouponto de ajuste) e exercem uma ação corretiva navariável manipulada, função da diferença entre essesdois valores.
Elementos finais de Controle São equipamentos que recebem o sinal de correção do
controlador e, em função deste sinal modificam / atuamsobre a variável manipulada ou agente de controle.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 11/93
11
Conceitos Classificação dos instrumentos
ElementoPrimário
Transmissor
Controlador
Conversor
Elementofinal decontrole
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 12/93
12
Conceitos Identificação e Símbolos de Instrumentos
As normas de instrumentação estabelecem símbolosgráficos e codificações para identificação alfa-numérica deinstrumentos ou de funções programadas, que deverão serutilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetosde instrumentação.
O propósito dos símbolos gráficos e codificaçõesestabelecidos pelas normas é definir uma maneira uniformede identificação dos instrumentos e sistemas deinstrumentação e viabilizar a comunicação entre usuários,
projetistas e fornecedores. A simbologia mais utilizada mundialmente é a padronizada
na norma S 5.1, da ISA ( The Instrumentation Systemsand Automation Society).
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 13/93
13
Conceitos Identificação e Símbolos de Instrumentos
A padronização ISA considera que cada instrumentoou função programada será identificado por umconjunto de letras e um conjunto de algarismo.
A primeira letra do conjunto de letras indica a
variável medida / controlada e as letrassubsequentes indicam a função que o instrumentodesempenha na malha de controle.
O primeiro conjunto de algarismos indica a área /
fábrica e o segundo indica a malha à qual oinstrumento ou função programada pertence.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 14/93
14
Conceitos Identificação e Símbolos de Instrumentos
Exemplo de um instrumento identificado de acordo com a norma ISA S
5.1, onde: T – variável medida ou iniciadora: Temperatura R – função passiva ou de informação: Registrador C – função ativa ou de saída: Controlador 210 – área de atividade ou fábrica, onde o instrumento ou função
programada atua. 02 – número sequencial da malha. A – sufixo. É utilizado quando numa mesma malha tem mais de um
instrumento com a mesma identificação funcional.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 15/93
15
Conceitos Símbolos
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 16/93
16
Conceitos Símbolos
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 17/93
17
Conceitos Símbolos
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 18/93
18
Conceitos Símbolos de Válvulas
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 19/93
19
Conceitos Símbolos elementos primário de vazão
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 20/93
20
Conceitos Funções
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 21/93
21
Conceitos Elementos primários - Vazão
Vazão É a quantidade de fluído que passa através
de um duto na unidade de tempo.
Vazão mássica – é a medida em kg/h ouem outra unidade que seja a massadividida por tempo.
Vazão volumétrica – é medida em m3/h, ouem outra unidade que seja o volumedividido por tempo.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 22/93
22
Conceitos Elementos Primários -
Vazão Tipos de Medidores de
Vazão Os medidores são
compatíveis com: T – para líquido,
gases e vapores; G – exclusivamente
para gás; L – exclusivamente
para gás; LC –
exclusivamentepara líquidoscondutores deeletricidade;
Λ – indica que nãoé usado paravapores, salvoexceção;
E – líquidos comsólidos emsuspensão.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 23/93
23
Conceitos Elementos Primários – Vazão
Placa de Orifício. É constituída por uma placa metálica, fina, com um
orifício que funciona como restrição na seção datubulação onde é instalada.
Segundo a finalidade as placas de orifício podem ser: Placa de orifício concêntrico – é utilizada para, líquido gases
e vapores desprovido de sólidos em suspensão. Placa de orifício excêntrico – é utilizada especialmente em
tubulações horizontais onde há vazão de fluído com sólidos
em suspensão. Placa de orifício Segmental – é utilizada normalmente para
fluídos sujos coma a anterior.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 24/93
24
Conceitos Elementos Primários – Vazão
Instalação Placa de Orifício
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 25/93
25
Conceitos Elementos Primário - Vazão
Vantagens da utilização de Placa de Orifício. A sua instalação é fácil e econômica, de
construção simples e baixo custo, tanto suamanutenção como sua troca são operações
fáceis. Desvantagens da utilização de Placa de Orifício
Apresenta maior perda de carga quando
comparada com os demais elementos primários.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 26/93
26
Conceitos Elementos primários – Vazão
Tipos de tomadas da placa de orifício
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 27/93
27
Conceitos Elementos primários - Vazão
Tipos de tomadas da placa de orifício As tomadas de pressão são geralmente do tipoFlange taps (centros a 1” a montante e a jusante das faces da placa).
Para tubulações acima de 100 mm (4”), as
tomadas Radius taps (centros a ½ D amontante e ½ D a jusante da placa) podem serusadas, por resultar em diminuição dos custosde instalação.
As tomadas Pipe tipes (2 ½ D a montante e 8Da jusante) são mais usadas para orifício derestrição.
As Corner taps são mais utilizadas na Europa.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 28/93
28
Conceitos Elementos primários - Vazão
Venturi Os tubos de Venturi são especialmente
recomendados quando se requer um elementoprimário que provoque pouca perda de carga.
A forma dos tubos de Venturi clássicos é aseguinte: Uma parte cilíndrica, onde fica a tomada de alta
pressão; Um cone convergente, com ângulo de 21º; Garganta cilíndrica, com comprimento igual ao
diâmetro, e a tomada de baixa pressão; Um cone divergente, com ângulo de 7º a 15º.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 29/93
29
Conceitos Elementos primários - Vazão
Rotâmetros Medidor de área variável A variação da área resulta do deslocamento de um
flutuador num tubo cônico. O princípio de funcionamento de um rotâmetro é
extremamente simples: O fluido entra pela parte inferior do tubo cônico no sentido
vertical ascendente. Ao encontrar o flutuador, uma força é produzida é
produzida para cima e o flutuador é suspenso até descobriruma área anular para a passagem do fluido.
O flutuador assume uma posição de equilíbrio quando asforças para as quais é submetido para cima e para baixosão iguais.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 30/93
30
Conceitos Elementos primários - Vazão
Bocais de Vazão No caso de medição de vapor, em que a velocidade
atinge 30 m/s ou mais, poderá ser preferível usar umbocal de vazão.
O bocal de vazão provoca uma pressão diferencialmenor que uma placa de orifício, nas mesmas
condições (vazão, temperatura, pressão) e, emconsequência, menor perda de de carga.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 31/93
31
Conceitos Elementos primários - Vazão
Turbinas Os medidores tipo turbinas são utilizados para medição delíquidos e gases. Princípio de Operação: O medidor de vazão tipo turbina
consiste basicamente de um rotor, montado entre buchas, quegira com uma velocidade proporcional à velocidade do produtodentro do corpo do medidor. Um sensor eletromagnético
detecta a velocidade de giro do rotor gerando um trem depulsos, que serão condicionados pelo circuito eletrônico,podendo ser lido em vazão instantânea ou totalização nasunidades de engenharia ou fornecendo sinal de saída em 4 a20 mA.
É considerado o medidor de maior precisão (melhor que +ou-0,25%) dentro de sua faixa de preço.
Aplica-se muito bem na contabilização e venda de matéria-prima, controle de estoque em indústrias químicas,petroquímicas, farmacêuticas e laboratoriais.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 32/93
32
Conceitos Elementos primários - Vazão
Turbinas Instalação
As turbinas são normalmente instaladas em
trechos retos horizontais.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 33/93
33
Conceitos Elementos primários - Nível
Nível é um das variáveis mais comum e maisamplamente utilizadas em aplicações industriais. A medição de nível é definida como a
determinação da posição de uma interface entredois meios.
Os instrumentos de medição de nível podem serclassificados, pela forma como medem o nível,em instrumentos de medida direta e inferencial.
Os instrumentos de medidas direta medemdiretamente a distância entre o nível do produtoque se quer medir e um referencial previamentedefinido.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 34/93
34
Conceitos Elementos primários - Nível
A medida direta dessa distância pode serfeita, pela observação direta (LG´s),através da comparação com uma escala
graduada (trenas), ou pela determinaçãoda posição de um detector, como umflutuador, sobre a superfície do produto
que se quer medir, ou pela reflexão deondas ultra-sônicas ou eletromagnéticas(radar) pela superfície do produto.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 35/93
35
Conceitos Elementos primários - Nível
Os instrumentos de medida inferencial determinama posição da superfície livre do produto cujo nívelse quer medir, através da medida de outragrandeza física e ela relacionada.
Nesta classe, incluem-se os instrumentos que
medem o nível através da medida da pressão dacoluna hidrostática desenvolvida por um líquido ou,ainda, os que medem o nível através da medida dapressão da coluna hidrostática desenvolvida por
um líquido ou, ainda, os que medem através davariação de peso do equipamento que contém olíquido que contém o produto cujo nível se quermedir.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 36/93
36
Conceitos Pressão Hidrostática
A pressão P do fluido na base da coluna - pressãohidrostáticada fluido – é, por definição, a força exercida nabase dividida pela área da base.
F= Fo + F pesoF= Fo + mgF/A= Fo/A + mg/AF/A= Fo/A + ρV g/A
F/A= Fo/A + ρLgP= Po + ρhg
Po
h
P
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 37/93
37
Um tanque cilíndrico com diametro de 10 m, aberto paraatmosfera, está com 1020,5 m3 de água a 30 ºC. Pede-se: Qual a altura em ( m ) que se encontra o nível? Qual a pressão em pascal (manométrica) no topo do
tanque? Qual a pressão pascal (absoluta) no topo do tanque? Qual a pressão Kgf/cm² (manométrica) no fundo do
tanque ?
Qual a massa em kg existente no tanque?Obs: Considere a pressão atmosférica de 1 atm e
aceleração da gravidade 9,8 m/s²
Um tanque cilíndrico com diametro de 10 m aberto para atmosfera está com 1020 5 m3 de água a 30 ºC Pede-se:
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 38/93
38
Um tanque cilíndrico com diametro de 10 m, aberto para atmosfera, está com 1020,5 m3 de água a 30 C. Pede se: Qual a altura em ( m ) que se encontra o nível? Qual a pressão em pascal (manométrica) no topo do tanque? Qual a pressão pascal (absoluta) no topo do tanque?
Qual a pressão Kgf/cm² (manométrica) no fundo do tanque ? Qual a massa em kg existente no tanque?Obs: Considere a pressão atmosférica de 1 atm e aceleração da gravidade 9,8 m/s²
Cálculo da altura ( nível do tanque )
Volume = área x alturaA = TT x D²/4
A = 3,14 x 10² /4
A = 78,5 m²
h = V/A
h = 020,5/78,5
h = 13 m
Pressão no topo do tanque ( manometrica ) 0
Pressão no topo do tantue ( absoluta ) 101.325,00 pascalPressal no topo do tanque 0 kgf/cm2
Pressão da coluna do fluido h x ρ x g 126.845,81 pascal
1,29 kgf/cm²
Pressão no fundo do tanque ( manométrica ) 1,29 kgf/cm²
Pressão no fundo do tanque ( absoluta ) 2,33 kgf/cm²
Cálculo da massa ( kg )
massa específica da agua a 30ºC 995,65 kg/m3
massa ρ x Vmassa 1.016.060,83 kg
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 39/93
39
Um tanque cilíndrico com diâmetro de 5 m, com pressão no topo de 2
kgf/cm2, está com 500 m3 de água a 30 ºC. Pede-se: Qual a altura em ( m ) que se encontra o nível? Qual a pressão em pascal (manométrica) no topo do tanque? Qual a pressão em pascal (absoluta) no topo do tanque? Qual a pressão Kgf/cm² (manométrica) no fundo do tanque ?
Qual a massa em kg existente no tanque?Obs: Considere a pressão atmosférica de 1 atm e aceleração da gravidade
9,8 m/s²
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 40/93
40
Um tanque cilíndrico com diametro de 20 m, aberto paraatmosfera, está com 2041 m3 de água a 30 ºC. Pede-se: Qual a altura em ( m ) que se encontra o nível? Qual a pressão em pascal (manométrica) no topo do
tanque? Qual a pressão pascal (absoluta) no topo do tanque? Qual a pressão Kgf/cm² (manométrica) no fundo do
tanque ? Qual a massa em kg existente no tanque?
Obs: Considere a pressão atmosférica de 1 atm eaceleração da gravidade 9,8 m/s²
Conceitos
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 41/93
41
Conceitos Elementos primários - Nível
Dispositivo do tipo pressão diferencial No caso de medição de nível utilizando-se
dispositivo de pressão diferencial, mede-sea pressão da coluna líquida, desenvolvida
pelo líquido confinado dentro doequipamento cujo nível se deseja medir, A medição da coluna líquida (hidrostática) é
feita utilizando-se um transmissor de
pressão diferencial, conectando-se astomadas do instrumento diretamente aoequipamento que se deseja medir.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 42/93
42
Conceitos Elementos primários - Nível
Dispositivo do tipo pressão diferencial Instalação
Na maioria dos casos de medição de nível
utilizando-se dispositivos do tipo pressãodiferencial, o transmissor é instalado no campo(ao lado do equipamento) e as tomadas doinstrumento (alta e baixa) são conectadas noequipamento.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 43/93
43
Conceitos Elementos primários - Temperatura
Junto com a pressão, a vazão e o nível, atemperatura é uma das principais variáveis. Medidores
Termômetros Bimetálicos Quando uma lâmina de metal é aquecida, a dilatação
provoca um aumento em seu comprimento.Conjugando-se mecanicamente duas lâminas demetais ou ligas de diferentes coeficientes de
dilatação, o conjunto sofrerá uma deformaçãodiretamente proporcional ao quadrado docomprimento e à temperatura, e inversamenteproporcional à espessura das lâminas.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 44/93
44
Conceitos Elementos primários - Temperatura
Termômetros Bimetálicos O termômetro bimetálico é muito usado para a
medição de temperatura no campo. O movimento provocado pela dilatação desigual
das lâminas é transmitido a um ponteiro que sedesloca sobre uma escala.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 45/93
45
Conceitos Elementos primários - Temperatura
Termômetros de Resistência de Fio Metálico Quase todos os materiais condutores elétricos
apresentam uma dependência entre a resistência e atemperatura. Este fenômeno permite seu empregocomo sensores de temperatura.
Bulbos de resistência de fios metálicos. São também conhecidos como RTD (Resistence
Temperature Detectores ou Detectores deTemperatura a Resistência).
Para uso industrial são usados sensores com fiosde platina, níquel, cobre e também uma liga de70% de Níquel e 30% de Ferro.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 46/93
46
Conceitos Elementos primários - Temperatura
Termômetros de Resistência de Fio Metálico Bulbos de resistência de fios metálicos. O sensor Pt 100 É assim chamado por possuir elemento de platina
e resistência padronizada de 100 Ω a 0 º C. O Pt 100 é o termo resistor mais empregado no
mundo, devido a sua estabilidade, repetibilidade,precisão e ampla faixa de operação.
No sensor Pt 100, de uso industrial, o fio édisposto sobre um suporte isolante de vidro oucerâmica, e encapsulado com os mesmosmateriais, sendo depois acondicionado em umpoço.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 47/93
47
Conceitos Elementos primários - Temperatura
Termômetros de Resistência de Fio Metálico Bulbos de resistência de fios metálicos.
O sensor Pt 100
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 48/93
48
Conceitos Elementos primários - Temperatura
Termopares Apesar da crescente aplicação do Pt 100
nas medições de temperatura, ostermopares continuam sendo os sensores
mas empregados nas aplicações industriais. Sua confiabilidade, baixo custo e
padronização, aliadas a precisão,estabilidade e repetibilidade satisfatórias,
justifica essa preferência. Além disso,abrangem uma grande faixa detemperaturas.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 49/93
49
Conceitos Elementos primários – Temperatura
Termopares Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu
(acidentalmente) que a junção de dois metaisgera uma tensão eléctrica que é função datemperatura.
O funcionamento dos termopares é baseadoneste fenómeno, que é conhecido como Efeitode Seebeck .
Embora praticamente se possa construir umtermopar com qualquer combinação de dois
metais, utilizam-se apenas algumascombinações normalizadas, isto porquepossuem tensões de saída previsíveis esuportam grandes gamas de temperaturas.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 50/93
50
Conceitos Elementos primários – Temperatura
Termopares Existem tabelas normalizadas que indicam a
tensão produzida por cada tipo de termoparpara todos os valores de temperatura quesuporta, por exemplo, o termopar tipo K comuma temperatura de 300 °C irá produzir 12,2mV.
Quando se procede à escolha de um termopardeve-se ponderar qual o mais adequado para aaplicação desejada, segundo as características
de cada tipo de termopar, tais como a gama detemperaturas suportada, a exatidão e aconfiabilidade das leituras, entre outras.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 51/93
51
Conceitos Elementos primários – Temperatura
Termopares Tipos
Tipo B
Tipo E
Tipo J
Tipo K
Tipo R
Tipo S Tipo T
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 52/93
52
Conceitos Elementos primários – Pressão
Os elementos ou dispositivos mecânicospara a medição de pressão se dividemem 2 grupos básicos:
Elementos mecânicos de medição direta depressão. Elementos mecânicos elásticos de medição
de pressão (deformação de sólidos).
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 53/93
53
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos de medição direta de pressão. São dispositivos nos quais a pressão é medida,
comparando-a com a pressão exercida por uma colunade líquido com massa específica e altura conhecidas(manômetro de tubo em U, manômetro de tuboinclinado).
Nesse tipo de instrumento, o líquido a der utilizado éescolhido considerando-se o seu peso específico e ovalor da pressão a ser medida.
Normalmente, utilizam-se os seguintes líquidos: Água Álcool Mercúrio
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 54/93
54
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos de medição direta depressão. Manômetro de Tubo em U
O manômetro de tubo em U é o mais simples e mais
barato dos instrumentos de medição direta de baixaspressões. Como seu nome indica, ele é formado por um tubo
de material transparente, dobrad em forma de U,fixado sobre uma placa graduada a partir do seu
ponto médio. O tubo é cheio, até seu ponto médio, com um líquido
de massa específica conhecida.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 55/93
55
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos de medição diretade pressão. Manômetro de Tubo em U
As leituras são feitas medindo-se a diferença de
nível do líquido, nos dois braços do manômetro. Pressão medida:
P = ρgh ρ = massa específica
g = aceleração da gravidade
h = diferença de altura na coluna do tubo
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 56/93
56
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos de medição diretade pressão. Manômetro de Tubo diâmetros diferentes.
Ao utilizar dois tubos com diâmetrosdiferentes, para uma mesma pressão, avariação de nível do tubo que está emcontato com o fluido diminui à medida
que diâmetro aumenta. P = ρ.g.h.(1 + d2 /D2)
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 57/93
57
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos de medição direta depressão. Manômetro de Tubo inclinado
O princípio de funcionamento dessemanômetro é o mesmo que aquele de tubo
em U com diâmetros diferentes (item2.3.1b). Nesse caso, o tubo de pequeno diâmetro é
inclinado com um certo ângulo, de maneira aobter-se um grande deslocamento do líquido
no tubo inclinado, mesmo em caso demedições de pressões muito pequenas.
ρ.g.h.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 58/93
58
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos de medição depressão. São dispositivos (diafragma, fole, tubo bourdon,
elemento espiral, etc.)
Estes dispositivos baseiam seu funcionamentona lei de Hooke, cujo enunciado é o seguinte: “Dentro de um limite definido de
elasticidade, a deformação provocada
em um corpo sólido é proporcional aoesforço aplicado sobre ele”
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 59/93
59
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos demedição de pressão. Os 3 tipos básicos de elementos elásticos,
utilizados como sensores em instrumentos
de medição de pressão e que tem seufuncionamento baseado na lei de Hookesão: Diafragma Foles Tubos de Bourdon
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 60/93
60
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos demedição de pressão.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 61/93
61
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos demedição de pressão. Diafragmas
Nos medidores de pressão industriaisutilizando elementos primários elásticos,são utilizados dois tipos de diafragmas,metálicos e não metálicos.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 62/93
62
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos de medição depressão. Diafragmas Metálicos
O diafragma metálico é um dispositivo
primário, elástico, geralmente utilizado paramedir pressões relativamente baixas. Este dispositivo geralmente consiste de um
diafragma simples de lâmina de metalcorrugado ou de uma ou mais cápsulas
soldadas entre si, de forma que cada umadas cápsulas deflexione à medida que apressão é aplicada.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 63/93
63
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos de medição depressão.
Diafragmas não metálicos Os diafragmas não metálicos são conectados
ao processo e se movem atuando emoposição a uma mola calibrada ou algumoutro eemento elástico.
Os materiais não metálicos usualmenteutilizados na confecção de diafragmas sãoteflon, neoprene, polietileno, etc.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 64/93
64
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos de medição de
pressão. Foles Os foles são elementos elásticos que sofrem
expansão e retração quando submetidos a pressões,sendo o movimento resultante utilizado paraindicar/medir/controlar pressão.
Os foles, geralmente, são confeccionados através deestrangulamentos axiais sucessivos, aplicados a umtubo metálico de parede fina e sem costura.
Os materiais mais empregados são latão, bronze-ferroso, cobre-berílico, monel e aço inoxidável.
Visando uma maior vida útil do fole, geralmente seutiliza uma mola em oposição ao fole e, com isso,utiliza-se apenas uma parte do deslocamentomáximo e evita-se sua deformação.
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 65/93
65
Conceitos Elementos primários – Pressão
Elementos mecânicos elásticos de medição de pressão. Tubos de Bourdon
Os tubos de Bourdon geralmente são compostos de um tuboem seção oval, disposto na forma de arco de circunferência,tendo uma das extremidades fechadas e conectada adispositivo de indicação/transmissão ou controle doinstrumento e a outra extremidade aberta e conectada aoprocesso cuja pressão será medida.
Com a pressão agindo no interior do tubo, ocorre ummovimento em sua extremidade fechada. Esse movimento étransmitido através de engrenagens a um ponteiro oumecanismo que, por sua vez, irá indicar/transmitir a medida depressão.
Tipos: Tipo C
Espiral Helicoidal
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 66/93
66
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 67/93
67
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 68/93
68
Tipos de placa de orifícios
Concêntrica ExcêntricaSegmental
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 69/93
69
Venturi
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 70/93
70
Turbinas
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 71/93
71
Turbinas
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 72/93
72
Turbinas
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 73/93
73
Turbinas
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 74/93
74
Manômetro Tubo em U
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 75/93
75
Manômetro Tubo em U
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 76/93
76
Manômetro Tubo em U
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 77/93
77
Diafragma metálico
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 78/93
78
Diafragma não Metálico
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 79/93
79
Foles
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 80/93
80
Tubos de Bourdon
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 81/93
81
Nível
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 82/93
82
Nível
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 83/93
83
Nível
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 84/93
84
Nível
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 85/93
85
Nível
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 86/93
86
Nível
P1 = 0
P2= P1+ ρxg
P2-P1 = P1 + ρxg –P1
P2-P1 = ρxgP2-0 = ρxg
P2 = ρxg
x = P2/ ρg
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 87/93
87
Nível
P1 = 0
P2= P1+ ρxg
P3= P1 + ρxg + ρyg
P4= P1 + ρxg + ρyg + ρ1zgP5=P1=0
P4-P5 = P1+ ρxg + ρyg + ρ1zg – P5
P4-0 = 0+ ρxg + ρyg + ρ1zg - 0P4= ρxg + ρyg + ρ1zg
x= (P4- ρyg - ρ1zg)/ρg
3
4
3
4
3
4
3
5
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 88/93
88
Nível
P1
P2= P1+ ρxg
P3= P1 + ρxg + ρyg
P4= P1 + ρxg + ρyg + ρ1zgP5 = P1
P4 – P5 = P1 + ρxg + ρyg + ρ1zg –P5
P4= P1 + ρxg + ρyg + ρ1zgx= (P4-P1-ρyg-ρ1zg)/ρg
33
4
5
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 89/93
89
Nível
P1
P2= P1+ ρxg
P3= P1 + ρxg + ρyg
P4= P1 + ρxg + ρyg + ρ1zgP5 = P1+ρ1dg+ρ1zg
P4 – P5 = P1 + ρxg + ρyg + ρ1zg –P1+ρ1dg+ρ1zg
P4 – P5 = ρxg + ρyg +ρ1dg
x= (P4-P5-ρyg-ρ1dg)/ρg
33
4
5
dd
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 90/93
90
Nível
33
4
5
dd
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 91/93
91
Nível
P1
P2= P1+ ρxg
P3= P1 + ρxg + ρyg
P4= P1 + ρxg + ρyg + ρ1zgP5 = P1+ρ1dg+ρ1zg
P4 – P5 = P1 + ρxg + ρyg + ρ1zg –P1+ρ1dg+ρ1zg
P4 – P5 = ρxg + ρyg +ρ1dg
x= (P4-P5-ρyg-ρ1dg)/ρg
33
4
5
dd
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 92/93
92
Temperatura
í
7/21/2019 Instrumentação e Controle de Processo
http://slidepdf.com/reader/full/instrumentacao-e-controle-de-processo 93/93
93
Nível