metrologia_alta.pdf

8/11/2019 METROLOGIA_ALTA.pdf

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SRIE PETRLEO E GS

METROLOGIA EINSTRUMENTAO

APLICADA APETRLEO E GS


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SRIE PETRLEO E GS


APLICADAS APETRLEO E GS


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CONFEDERAO NACIONAL DA INDSTRIA CNI

Robson Braga de Andrade

Presidente

DIRETORIA DE EDUCAO E TECNOLOGIA DIRET

Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor de Educao e Tecnologia

SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL SENAI

Conselho Nacional

Robson Braga de Andrade

Presidente

SENAI Departamento Nacional

Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti

Diretor Geral

Gustavo Leal Sales FilhoDiretor de Operaes


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APLICADAS APETRLEO E GS

SRIE PETRLEO E GS


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2012. SENAI Departamento Nacional

2012.SENAI Departamento Regional do Rio de Janeiro

Reproduo total ou parcial desta publicao por quaisquer meios, seja eletrnico,mecnico, fotocpia, de gravao ou outros, somente ser permitida com prviaautorizao, por escrito, do SENAI.

Esta publicao foi elaborada pela equipe do Ncleo de Educao a Distncia do SENAI doRio de Janeiro, com a coordenao do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada portodos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distncia.

SENAI Departamento NacionalUnidade de Educao Profissional e Tecnolgica UNIEP

SENAI Departamento Regional do Rio de JaneiroNcleo de Educao a Distncia NUCED

FICHA CATALOGRFICACatalogao-na-Publicao (CIP) BrasilBiblioteca Artes Grficas SENAI-RJ

SENAI/DN.Metrologia e instrumentao aplicadas a petrleo e gs / SENAI/DN [e]

SENAI/RJ. Braslia : SENAI/DN, 2012.128 p. : il. ; 29,7 cm. (Srie Petrleo e Gs).

ISBN 978-85-

1. Indstria petroqumica. 2. Metrologia. I. SENAI/RJ. II. Servio Nacionalde Aprendizagem Industrial. III. Ttulo. IV. Srie.

CDD: 665.5

S491m

SedeSetor Bancrio Norte Quadra 1 Bloco C Edifcio RobertoSimonsen 70040-903 Braslia DF Tel.: (0xx61) 3317-9001Fax: (0xx61) 3317-9190 http://www.senai.br

SENAIServio Nacional deAprendizagem IndustrialDepartamento Nacional


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Lista de ilustraes

Figura 1 Controle da unidade de processo de uma renaria de petrleo 11

Figura 2 Smbolos e nmeros formam as grandezas fsicas 15

Figura 3 Paqumetro 29

Figura 4 Termmetro de dilatao de lquidos 29

Figura 5 Exemplo de erro aleatrio 32

Figura 6 Na plataforma de petrleo, a instrumentao necessria 43

Figura 7 Exemplo de rede com tecnologia Hart 44

Figura 8 Exemplo de rede Fieldbus 45

Figura 9 Tipo coluna reta 49

Figura 10 Tipo coluna em U 50

Figura 11 Tipos de Bourdon 51Figura 12 Manmetro C 52

Figura 13 Manmetro de Fole 53

Figura 14 Manmetro de diafragma 53

Figura 15 Manmetro com contato eltrico 54

Figura 16 Manmetro de selo 55

Figura 17 Tipos de sifo 55

Figura 18 Fitas extensiomtricas 56

Figura 19 Sensor Piezoeltrico 57

Figura 20 Sensor Capacitivo 58Figura 21 Temperatura x presso 61

Figura 22 Exemplo de norma da ABNT 62

Figura 23 Termmetro de capela 63

Figura 24 Termmetros de dilatao 64

Figura 25 Termmetro bimetlico 65

Figura 26 Termopar com indicador 65

Figura 27 Efeito Seebeck 67

Figura 28 Efeito Peltier 67

Figura 29 Lei dos circuitos monogneos 69

Figura 30 Leis dos metais intermedirios 69Figura 31 Juntas de referncia 72

Figura 32 Vantagens dos termopares de isolao mineral 74

Figura 33 Associao de termopares em srie 76

Figura 34 Associao em srie oposta 76

Figura 35 Esquema da associao em paralelo 77

Figura 36 Sensor Pt100 com mianga de xido de magnsio com bainha 79

Figura 37 Sensor Pt100 79

Figura 38 Termorresistncias com mianga 80


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Figura 39 Ponte de wheatstone 81

Figura 40 Ponte de wheatstone com termorresistncia a dois os 81

Figura 41 Ponte de wheatstone com termorresistncia a trs os 82

Figura 42 Tipos de escoamento 86

Figura 43 Placa de orifcio 88

Figura 44 Placa de orfcio numa tubulao 88

Figura 45 Tubo Venturi 89

Figura 46 Tubo de Pitot 89

Figura 47 Medidor de vazo tipo turbina 90

Figura 48 Medidor de vazo (Coriolis) 91

Figura 49 Rgua e gabarito 92Figura 50 Visor de nvel tubular e vidro plano 93

Figura 51 Visor de nvel plano 93

Figura 52 Medidor de nvel utilizando boia 94

Figura 53 Medidor por presso diferencial 94

Figura 54 Medidor de nvel capacitivo 95

Figura 55 Medidor de nvel de ultrassom 96

Figura 56 Ponte de wheatstone 97

Figura 57 Vlvula de processo 98

Figura 58 Malha aberta 100Figura 59 Malha fechada 100

Figura 60 Controlador 101

Figura 61 Vlvula de controle 102

Figura 62 Tipos de controle 104

Figura 63 Medidor com clula de zircnio clula com prisma 105

Figura 64 Medidor com clula de zircnio 105

Figura 65 Grcos do analisador de oxignio (O2) 106

Figura 66 Controle feedback 107

Figura 67 Controle em cascata 108

Figura 68 Controle de relao 109Figura 69 Controle Split-Range 110

Figura 70 Fluxograma de reduo de riscos 111

Figura 71 Escala de instrumento analgico 111

Figura 72 Registrador 112

Figura 73 Transmissor 112

Figura 74 Vlvula conversora 112

Figura 75 Controladores 113

Figura 76 Curva caracterstica do erro de histerese 115

Figura 77 Malha de processo 120


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Sumrio

1. Introduo 11

2. Sistemas de grandezas (mtrico, ingls) 15

2.1 Introduo metrologia dimensional 17

2.2 Converso de unidades 22

2.3 Mltiplos, submltiplos 24

2.4 Instrumentos de medidas (medidas lineares) 27

2.5 Noes de normas e legislao aplicada metrologia 40

3 Instrumentao bsica 43

3.1 Bsico de instrumentao 43

3.2 Medio de Presso 45

3.3 Temperatura 59

3.4 Medio de vazo Princpios e denies 83

3.5 Nvel 91

3.6 Elementos nais de controle 98

3.7 Analisadores de Gases 104

3.8 Tipos de malhas de processo 107

4. Fluxogramas 111

4.1 Caractersticas gerais de instrumentos utilizados nas

indstrias de Petrleo, Qumica, Farmacutica, Alimentos e Siderrgica 111

4.2 Terminologia utilizada em instrumentao que

dene caractersticas estticas e dinmicas dos instrumentos 113

4.3 Simbologia 116

4.4 Malha de processo Identicao de instrumentao 119

Referncias 123


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Introduo

JosMarianoSoares

PintoCoelho

Figura 1 Controle da unidade de processo de uma renaria de petrleo

1

Este livro tem como nalidade apresentar de forma rpida os equipamentos e os processos, uti-

lizados na indstria de petrleo. Acompanhe alguns dos assuntos que sero abordados a seguir.

MEDIO

Contedo em que ter uma viso das prticas de

medio, dos instrumentos de medio utilizados e das

variveis de processo. Acompanhe no quadro ao lado.

MEDIO DE VAZO Voc saber como feita a

medio de vazo em petrleo e gs e os princi-

pais instrumentos utilizados.

MEDIO DE PRESSO Voc conhecer as tcni-

cas de medio de presso nos poos de petr-

leo e os instrumentos empregados.

PressoTemperaturaNvelVazoControle de processoAnlise de gasesProtocolos empregados na

comunicao dos instrumentosde medidas como: ProtocoloHart e Protocolo Fieldbus)

Os instrumentos que so utiliza-dos em plataformas de extraode petrleo e em renarias


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METROLOGIA E INSTRUMENTAO APLICADAS A PETRLEO E GS12

1PETROLFERA

Indstria de petrleo.

MEDIO DE NVEL Voc poder conhecer as tcnicas de medio do nvel

dos tanques abertos e dos tanques fechados. Tambm car sabendo como

feito o armazenamento de Petrleo e Gs.

MEDIO DE TEMPERATURA Voc vai descobrir como os sensores so utiliza-

dos na indstria de petrleo e gs.

MEDIO DE GASES Neste item voc ver que se trata de uma operao

realizada com o emprego de clulas especiais.

METROLOGIA Voc vai conhecer as tcnicas de calibrao, conceitos e estabe-

lecimento de tratamentos estatsticos. Depois de aprender as tcnicas voc vai

descobrir que a indstria de Petrleo e Gs utiliza essas medidas na obteno

de certicados de calibrao para garantir a conabilidade do que foi medido.CONTROLE DE PROCESSO Com este conceito voc vai identicar as princi-

pais tcnicas utilizadas pelos controladores nas plataformas e renarias de

Petrleo e Gs.

Metrologia e Instrumentao Aplicadas a Petrleo e Gs

COMPONENTES CURRICULARESCARGAHORRIA

Mdulo Bsico

MduloEspeccoProssional(1 Etapa)

MduloEspeccoProssional(2 Etapa)

CARGA HORRIA TOTAL: TCNICO EM PETRLEO E GS: 1.200H

Fundamentos Tcnicos e Cientcos de Petrleo e Gs

Comunicao/Informtica 32hFundamentos da Indstria de Petrleo e Gs 60h

QSMS 24hMetrologia e InstrumentaoAplicadas a Petrleo e Gs 80h

Qumica Aplicada ao Petrleo e Gs 80h

Fsica Aplicada ao Petrleo e Gs 80h

Operao de Sistema Produtivo na Cadeia de Petrleo e Gs

Explorao On-shore e Off-shore 160h

Tecnologias do Sistema Produtivo On-shore e Off-shore 160h

Processamento do Petrleo e Gs 100h

Logstica e Manuteno da Cadeia de Petrleo e Gs 64h

Planejamento e Atividade na Cadeia de Petrleo e Gs

Gesto de Pessoas 40h

Gesto da Produo 80h

Controle da Qualidade de Insumos, Produtos e Processosna Cadeia de Petrleo e Gs

Ensaios Analticos na Cadeia de Petrleo e Gs 80h

Avaliao de Desempenho de Insumos,Produtos e Processos 60h

Manuteno em Sistemas Produtivos naCadeia de Petrleo e Gs

Manuteno Industrial 100h

356h

484h

360h


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13

Anotaes:

1 INTRODUO


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A norma ABNT NBR ISO31-11:2006 adota um sistema de grandezas fsicas. Ele est estrutura-

do em sete grandezas. Conra no quadro a seguir.

Sistemas de grandezas

2

Figura 2 Smbolos e nmeros formam as grandezas fsicas

Comprimento

Massa

Tempo

Intensidade de corrente eltrica

Temperatura termodinmica

Quantidade de matria

Intensidade luminosa In-Flio/PaulaMoura

Basicamente, quando falamos de sistema de grandeza podemos pensar em dois sistemas:

Sistema mtrico Sistema ingls

S =n 1

k = 1 (Xk X)2

In-Flio/Cri

sMarcela


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16METROLOGIA E INSTRUMENTAO APLICADAS A PETRLEO E GS

SISTEMA MTRICO

Este sistema utiliza o metro como padro. O termo metro teve origem na pala-vra grega Metron que signica medir.

No Brasil, o sistema mtrico foi implantado pela Lei Imperial n 1.157, de 26 de

junho de 1862. Esta lei estabeleceu um prazo de dez anos para que os padres an-

tigos fossem inteiramente substitudos.

O metro a que se refere a Lei foi denido como sendo a distncia entre os dois

extremos da barra de platina, depositada nos arquivos da Frana e apoiada nos

pontos de exo mnima na temperatura de zero grau Celsius.

SISTEMA INGLS

O sistema ingls tem como padro a jarda. Esse termo tem origem na palavra

inglesa Yard que signica vara. uma referncia ao uso de varas nas medies. Es-

se padro foi criado por alfaiates ingleses. No sculo XII, em consequncia da sua

grande utilizao, esse padro foi ocializado pelo rei Henrique I. A jarda teria si-

do denida, ento, como a distncia entre a ponta do nariz do rei e a de seu pole-

gar, com o brao esticado.

As relaes existentes entre a jarda, o p e a polegada tambm foram institu-

das por leis, nas quais os reis da Inglaterra xaram que:

1 jarda = 3 ps = 36 polegadas

1 polegada = 25,4 mm

1 p = 12 polegadas

1 milha terrestre = 1.760 jardas = 5.280 ps

A polegada, unidade adotada pelo sistema ingls, em mecnica, pode ser re-

presentada por dois sistemas:

Sistema binrio (fracionrio) Sistema decimal

O sistema binrio (fracionrio) caracteriza-se pela maneira de sempre dividir

por dois a unidade e as suas fraes. Assim, obtm-se, da polegada, a seguinte s-

rie decrescente:

1", , , , , , ,1 1 1 1 1 1 12" 4" 8" 16" 32" 64" 128"


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2 SISTEMAS DE GRANDEZAS17

O sistema decimal caracteriza-se por ter, sempre, no denominador da frao,

uma potncia de base dez, como mostra a srie:

Os termos milsimo e dcimo de milsimo de polegada so os mais utilizadosna prtica. Nas medies em que se requer maior exatido, utiliza-se a diviso de

milionsimos de polegada, tambm chamada de micropolegada. Em ingls, mi-

cro inch. representado por inch.

Exemplo: 0,000001 = 1 inch

2.1 INTRODUO METROLOGIA DIMENSIONAL

Metrologia a cincia da medio, veremos ver a seguir alguns conceitos que

sero empregados ao longo deste livro.

Nos laboratrios de metrologia necessrio controlar aentrada de pessoas, a temperatura e a umidade relativa do ar.A indstria de petrleo e as refinarias necessitam deinstrumentos de medidas calibrados e com confiabilidademetrolgica.

= =

==

=

= 1 "1"1

1"10

= 0,001"1" 1"103 1000

= 0,0001"1" 1"104 10000

= 0,1"1" 1"101 10

= 0,01"1" 1"102 100

In-Flio/PaulaMoura

Metrologia legal

Metrologia cientca

Calibrao

Controle metrologia

Medir

Medio

Grandeza

Ajuste

Exatido de medio

Incerteza de medio

Erro de medio

Erro aleatrio

Erro sistemtico

Padro

Conra na pgina seguinte a denio de cada um desses conceitos.

VOCSABIA?


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In-Flio/Pa

ulaMoura

Metrologia legal Parte da metrologia que se refere s exigncias legais,

tcnicas e administrativas, relativas s unidades de medida, aos mtodosde medio, aos instrumentos de medir e s medidas materializadas.

Metrologia cientca Refere-se s unidades de medida e seus padres,assim como estabelecimento, reproduo, conservao e transmisso dos

dados. Seu objetivo a padronizao das unidades no mais alto nvel,

pesquisando processos para a medio de grandezas e encarregando-se,

tambm, de sua normatizao, sistematizao e aprimoramento.

Calibrao o confronto de um instrumento de medio com umpadro. Os instrumentos de medida utilizados nas renarias e

plataformas de petrleo so calibrados e emitido um certicado de

calibrao.

Controle metrologia So operaes que visam assegurar a garantiapblica nos principais campos da metrologia legal.

Medir o procedimento experimental pelo qual o valor momentneode uma grandeza fsica determinado como um mltiplo e/ou frao de

uma unidade estabelecida por um padro.

Medio o conjunto de operaes que tem como objetivo determinarum valor para uma grandeza.

Grandeza Atributo de um fenmeno, corpo ou substncia que pode serqualitativamente distinguido e quantitativamente determinado.

Ajuste Operao destinada a fazer com que um instrumento demedio tenha desempenho compatvel com seu uso.

Exatido de medio Grau de concordncia entre o resultado de umamedio e um valor verdadeiro do mensurando. Em ingls, o termo

accuracy of measurement.

Incerteza de medio Parmetro, associado ao resultado de umamedio, que caracteriza a disperso dos valores que podem ser

fundamentadamente atribudos a um mensurando.

Erro de medio Resultado de uma medio menos o valor verdadeirodo mensurando. Uma vez que o valor verdadeiro no pode ser

determinado, utiliza-se na prtica, um valor verdadeiro convencional.

Erro aleatrio o resultado de uma medio menos a mdia queresultaria de um innito nmero de medies do mesmo mensurando,

efetuadas sob condies de repetitividade. Observaes:

1.O erro aleatrio igual ao erro menos o erro sistemtico.

2. Em razo de que apenas um nito nmero de medies pode ser feito, possvel apenas determinar uma estimativa do erro aleatrio.

Erro sistemtico Mdia que resultaria de um innito nmero demedies do mesmo mensurando, efetuadas sob condies de

repetitividade, menos o valor verdadeiro do mensurando.

Padro Medida materializada, instrumento de medio, material de

referncia ou sistema de medio destinado a denir, realizar, conservarou reproduzir uma unidade ou um ou mais valores de uma grandeza,

para servir como referncia.


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Acompanhe em seguidaos diversos padrescom suas denies:

Padro primrio

Padro secundrio

Padro internacional

Padro nacional

Padro de trabalho

Padro primrioPadro que designado ou amplamente reconhecido como tendo as mais

altas qualidades metrolgicas e cujo valor aceito sem referncia a outros

padres de mesma grandeza.

Padro secundrioPadro cujo valor estabelecido por comparao a um padro primrio

da mesma grandeza.

Padro internacional

Padro reconhecido por um acordo internacional, servindo como basepara estabelecer valores a outros padres da grandeza a que se refere.

Padro nacionalPadro reconhecido por uma deciso nacional para servir, em um pas, como

base, com a nalidade de estabelecer valores a outros padres da grandeza a

que se refere.

Padro de trabalhoPadro utilizado rotineiramente para calibrar ou controlar medidas mate-

rializadas, instrumentos de medio ou materiais de referncia.

Rastreabilidade

Propriedade do resultado de uma medio ou do valor de um padro que es-

teja relacionado s referncias estabelecidas. Geralmente padres nacionais ou in-

ternacionais, por meio de uma cadeia contnua de comparaes, todas tendo in-

certezas estabelecidas.

Instrumentao

o conjunto de tcnicas e instrumentos usados para observar, medir, registrar,

controlar e atuar em fenmenos fsicos. A instrumentao preocupa-se com o es-

tudo, desenvolvimento, aplicao e operao dos instrumentos.


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Sistema internacional de medio

Sistema coerente de unidades adotado e recomendado pela Conferncia Ge-ral de Pesos e Medidas (CGPM). Desde 3 de maio de 1978, pelo Decreto n 81.621,

o Brasil adota o Sistema Internacional de Unidades (SI). O Sistema baseado, atual-

mente, nas sete unidades de base. Veja a relao abaixo:

GRANDEZA UNIDADE SMBOLO

Padres dereferncia

Padres detransferncia

Padres detrabalho

Hierarquia de padres

Os padres, independentemente da organizao a que pertencem, seja um la-

boratrio industrial ou laboratrio de um instituto de pesquisa de alta tecnologia,

devem, internamente, ser classicados em:

Comprimento

Massa

Tempo

Corrente eltrica

Temperatura termodinmica


Intensidade luminosa

metro

quilograma

segundos

ampre

Kelvin

mol

candela

m

kg

s

A

K

mol

cd

Padroprimrio

Padrosecundrio

Padro tercirio(indstria )

Unidades bsicas do sistema

Hierarquia dos laboratrios metrolgicos

Esta classicao permite estabelecer a disseminao dos valores das grande-

zas estabelecidas pelo Sistema Internacional de Unidades, desde a sua denio,

o desenvolvimento do fenmeno fsico escolhido por acordo internacional, at as

mais simples aplicaes do processo de medio na cadeia produtiva.

A preciso das medidas difere largamente entre os diversos nveis da hierarquia

dos laboratrios metrolgicos. Esta hierarquia possui os seguintes nveis:


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In-Flio/PaulaMoura

No entanto, periodicamente, so

realizados programas interlaboratoriaispara estabelecer a disperso com

que a grandeza denida

internacionalmente, eles so denidos

nos vrios institutos internacionais que

participam do Bir Internacional de

Pesos e Medidas (BIPM).

Fomos chamados para vericar um problema em um transmissor de tem-

peratura, de uma plataforma de extrao de petrleo. No instrumento TT

2201T02, o operador alegava defasagem de medio. Na sala de controle, a

indicao do transmissor era de 82,25C.

O operador estava utilizando um termmetro de 4 dgitos, com um sen-

sor termopar, tipo J manual, ele armou que mediu durante uma hora e que

o termmetro tinha certicado de calibrao, tendo observado que a tem-

peratura do tanque estava errada (temperatura medida: Ter 002 78,70C).

Foi solicitada uma PT (Permisso de Trabalho), em funo da defasagem de

2,55 C. A temperatura mxima do tanque de 90C (no processo) e a tole-

rncia do processo 0,5%, o que d uma temperatura de 0,45C, muito

acima do erro. Foi medida a temperatura do sensor que, na ocasio, marca-

va 82,30 C. O transmissor foi calibrado e no foi encontrado erro de medi-

o. Solicitamos ao operador o certicado de calibrao do termmetro e

constatamos que o termmetro estava com o certicado vencido. Ento, o

termmetro foi encaminhado para a calibrao, onde se vericou o erro na

medio. O termmetro foi calibrado e comunicamos, a operao que sutilizasse termmetros com validade de calibrao.

CASOS E RELATOS

Os padres primrios nacionais so calibrados em relao aos padres prim-

rios internacionais. No pice desta hierarquia teramos um impasse, pois no sa-

beramos quem deveria calibrar os padres de referncia internacionais.

Como estes padres so denidos por acordo internacional, eles so adotados

por conveno, levando em conta o fato de que a realizao do fenmeno fsico

que dene a grandeza no est sujeita aos erros comumente identicados nos ou-

tros padres.


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2.2 CONVERSO DE UNIDADES

Unidades usadas no Brasil

UNIDADES SMBOLO GRANDEZA

Metro

Metro quadrado

Metro cbico

Quilograma

Litro

Mililitro

Quilmetro

Metro por segundo

Hora

Minuto

Segundo

Grau Celsius

Kelvin

Hertz

Newton

Pascal

Watt

Ampre

Volt

Candela

Mol

m

m2

m3

kg

l

ml

km

m/s

h

min

s

C

K

Hz

N

Pa

W

A

V

Cd

Mol

Comprimento

rea

Volume

Massa

Volume ou Capacidade

Volume ou Capacidade

Comprimento (distncia)

Velocidade

Tempo

Tempo

Tempo

Temperatura Celsius

Temperatura

Frequncia

Fora

Presso

Potncia

Corrente eltrica

Tenso eltrica

Intensidade luminosa



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Sempre que uma medida estiver em uma unidade diferente daquela que se es-

t utilizando, ela deve ser convertida, ou seja, precisamos mudar a unidade da me-

dida. Por conta disso, para converter polegada em milmetro necessitamos de umainformao precisa. Acompanhe com ateno!

UNIDADE DE PRESSO

Pa (N/m2) cm.H2Opsi mmHgkgf/cm2 pol.Hgpol.H2O atm bar

1

9,8064 x 10-4

6,8948 x 103

249,08

98,064

3,3864 x 103

133,32

1,0133 x 105

1 x 105

0,010197

1000

70,31

2,540

1

34,53

0,001359

1033

1019,7

1,45 x 10-4

14,22

1

0,03613

0,01422

0,4912

0,01934

14,69

14,504

7,501 x 10-3

735,6

51,71

1,868

0,7356

25,40

1

760,0

750,06

1,0197 x 10-5

1

0,07031

0,00254

0,0010

0,03453

0,00136

1,033

1,0197

2,953 x 10-4

28,96

2,036

0,07355

0,02896

1

0,03937

29,92

29,53

4,0147 x 10-3

393,7

27,68

1

0,3937

13,5951

0,5352

406,79

401,47

9,8692 x 10-6

0,9678

0,06805

0,00246

9,678 x 10-4

0,03342

0,00132

1

0,98692

1 x 10-5

0,98069

0,06895

0,0249

9,8064 x 10-4

0,03386

1,3332 x 10-3

1,0133

1

CONVERSO DE UNIDADES DE PRESSO

Em presso podemos usar vrios tipos de unidades de presso. No sistema SI,

a unidade usada o Pascal (Pa). Observe alguns exemplos de unidades:

Pa, kgf/cm2, mHg, mH2O, lbf/pol2(Psi), atm e bar

In-Flio/PaulaMoura

Sabendo-se que uma polegada mede

25,4mm, a converso de polegada

decimal em milmetro ou de polegada

binrio em milmetro feita quando

multiplicamos o valor da polegada

decimal ou binrio por 25,4mm.

Tabela de converso de presso


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2.3 MLTIPLOS E SUBMLTIPLOS

Resistncia eltrica

SUBMLTIPLOS

SUBMLTIPLOS/MLTIPLOS

UNIDADE

UNIDADE

UNIDADE

SMBOLO

VALOR

VALOR

FATOR DEMULTIPLICAO

Miliohm

Mltiplos

Quiloohm

Megaohm

Gigaohm

microvolt

milivolt

volt

quilovolt

megavolt

m

Unidade

k

M

G

V

mV

V

kV

MV

10-3

Valor

103

106

109

106V

103V

1 V

103V

106V

Tabela de converso baseada no Sistema Internacional de Unidades (SI)

Tenso eltrica

exametro

petametro

terametro

gigametro

megametro

quilmetro

hectmetro

decmetro

metro

decmetro

centmetro

milmetro

micrometro

nanometro

picometrofemtometro

attometro

Em

Pm

Tm

Gm

Mm

km

hm

dam

m

dm

cm

mm

m

nm

pmfm

am

1018= m

1015= m

1012= m

109= m

106= m

103= m

102= m

101= m

1 = m

101= m

102= m

103= m

106= m

109= m

1012= m1015= m

1018= m


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Ampre

Potncia eltrica

SUBMLTIPLOS/

MLTIPLOS

SUBMLTIPLOS/MLTIPLOS

UNIDADE

UNIDADE

VALOR

VALOR

Picoampre

Nanoampre

Microampre

Miliampre

Ampre

Quiloampre

Mega-ampre

microwatt

miliwatt

watt

quilowatt

megawatt

pA

A

A

mA

A

kA

MA

W

mW

W

kW

MW

1012A

109A

106A

103A

1

103A

106A

106W

103W

1

103W

106 W

Unidades e padres

In-Flio/PaulaMoura

Para realizar uma medio necessrio identicar aexistncia da unidade,estabelecida por um padro,segundo uma convenoprpria, regional, nacional ouinternacional.

Estabeleceu-se, em 1960, atravsdo Bureau Internacional dePesos e Medidas (BIPM), umconjunto coerente de unidades:o Sistema Internacional deUnidades (SI), que consta dasunidades de base, unidadesderivadas e unidadessuplementares.

O SI deniu sete grandezasfsicas independentes e

estabeleceu para cada grandezaum valor unitrio, identicadoatravs de um padro.


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GRANDEZA

FUNDAMENTAL

GRANDEZA

DEFINIO

UNIDADE

UNIDADE

SMBOLO

SMBOLO

EXPRESSOEM UNIDADESDE BASE

Comprimento

Massa

Tempo

Corrente eltrica

Temperatura

termodinmica

Intensidade

luminosa

Quantidade de

matria

rea

Volume

Massa especca

Vazo

Velocidade

Concentrao de substncia

Volume especco

Luminncia

metro quadrado

metro cbico

quilograma/metro cbico

metro cbico/segundo

metro /segundo

mol/metro cbico

metro cbico/quilograma

candela/ metro quadrado

metro

quilograma

segundo

ampre

kelvin

candela

mol

m2

m3

kg/m3

m3/s

m/s

mol/m3

m3/kg

cd/m2

m

kg

s

A

K

cd

mol

Unidades derivadas

m2

kg/m3

kg/m3

m3/s

m/s

mol/m3

m3/kg

cd/m2

Metro o comprimento do trajeto percorrido

pela luz no vcuo, durante um intervalo de

tempo de 1/299792458.

O quilograma a massa representada pelo

prottipo internacional do quilograma,

conservado no BIPM, em Sves, Frana.

O segundo a durao de 9192631770

perodos, da radiao correspondente

transio entre dois nveis hipernos

do estado fundamental, do tomode csio 133.

Corrente eltrica invarivel que mantida em

dois condutores retilneos, paralelos, de

comprimento innito e de rea de seo

transversal desprezvel e situados no vcuo a

um metro de distncia um do outro produz

entre esses condutores uma fora igual a 2 x

103Newton, por metro de comprimento

desses condutores.

Frao 1/273, 16 da temperatura

termodinmica do ponto trplice da gua.

Intensidade luminosa, numa direo dada, de

uma fonte que emite uma radiao

monocromtica de frequncia 540 x 1012hertz

e cuja intensidade energtica naquela direo

1/683 watt por esferorradiano.

O mol a quantidade de matria de um

sistema que contm tantas entidades

elementares, quantos so os tomos contidos

em 0,012 quilograma de carbono.

Grandezas fsicas


29/130


2.4 INSTRUMENTOS DE MEDIDA (MEDIDAS LINEARES)

CALIBRAO DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Este procedimento se aplica a qualquer instrumento a ser calibrado. Acompa-

nhe os itens que compem este procedimento:

In-Flio/PaulaMoura

Atividades: Execuo nas calibraes

Responsabilidade: MetrologistaSuperviso: Gerente tcnico

Temperatura VibraoUmidade

Relativa do Ar

As escalas tero valores reais e mais ou menos um percentual de medio.

O laboratrio ter que atender s condies:

Uma boa iluminao, ambiente limpo e arejado.

No poder haver trnsito de pessoas estranhas em seu interior.

Os padres no podero sair do laboratrio.

O metrologista dever ser treinado periodicamente.

O procedimento de calibrao ter que ser revisado periodicamente.

Condies ambientais

As condies ambientais devem atender ao processo de calibrao.

Veja quais so elas:

Os instrumentos aserem calibrados

devero serlimpos e isentosde graxa.


30/130


MEDIO

Podemos dizer que as medidas resultam de um processo em que as entradas(os fatores metrolgicos) so identicadas como amostras: mtodo, operador, equi-

pamento, condies ambientais em uma medida. Dessa maneira, pode-se enten-

der medida como o produto do processo de medio e, nesse sentido, a sua qua-

lidade o resultado do processo gerencial.

Assim, antes de utilizar uma medida como informao, relevante para qualquer

tomada de deciso, necessrio estudar o processo de medio, de modo a co-

nhecer todas as fontes de variao associadas aos fatores metrolgicos.

A este estudo chamamos metrologia.

PROCESSO DE MEDIO

Medir o procedimento experimental pelo qual o valor momentneo de uma

grandeza fsica (grandeza a medir GM) determinado como o mltiplo ou frao

de uma unidade , estabelecida por um padro, e reconhecida internacionalmente.

A operao de medio (Sistema de Medio SM) denominada:

Instrumento de medio (pequeno porte)

Mquina de medir (em forma de mquina)

Medidor de temperatura

A medida obtida pela aplicao dos chamados parmetros caractersticos do

SM leitura. Estes parmetros devem ser de conhecimento do metrologista, an-

tes do incio da operao de calibrao. Podem ser expressos atravs de constan-

tes, aditivas, multiplicativas, equaes lineares ou no lineares, tabelas ou grcos.

Equipamentos

Amostra

Operador

Mtodo

CondiesAmbientais

Medida

In-Flio/PaulaMoura


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Figura 3 Paqumetro

SISTEMAS DE MEDIO

Os diversos sistemas de medio revelam a existncia de trs elementos fun-

cionais bem denidos e que se repetem com grande frequncia.

TransdutorUnidade de

tratamento de sinalIndicador

ReceptorIndicador ouregistrador

Unidade detratamento

de sinaisTransdutor

GRANDEZA A MEDIR

Todo trabalho ter que ser feito com a maior segurana.Sem utilizar os EPIs, em caso de acidente voc ser o maiorprejudicado.

FIQUEALERTA

O transdutor o mdulo de SMque est em contato

com a grandeza a medir. O transdutor transforma a gran-

deza em sinal eltrico proporcional, segundo uma funo

de transferncia, e denominado de sensor. O sinal gera-

do no transdutor enviado, via cabo, para a unidade de

tratamento de sinal, que amplica e entrega ao indicador,

produzindo uma leitura da unidade. O termmetro possui

os trs elementos funcionais. A temperatura a ser medida

absorvida pelo lquido, no interior do bulbo que o trans-

dutor; o tubo capilar amplica este sinal (transforma a varia-

o volumtrica em uma variao da coluna do uido). O in-

dicador formado pela coluna do lquido contra a escala.Figura 4 Termmetro

de dilatao de lquidos

In-Flio/StelaMartins

In-Flio/CrisMarcela


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E = M VV

RESOLUO DA MEDIO

A medida, obtida de SM, sempre expressa por meio de um nmero e a uni-dade de medida. O trabalho de medio no termina com a obteno da medida.

Neste ponto, que se inicia o trabalho do metrologista. Ele dever checar a infor-

mao denominada resultado da medio.

O resultado da medio (RM) expressa o que se pode determinar como sendo

o valor da grandeza a medir. Ele composto de duas parcelas:

O chamado resultado base (RB), que corresponde ao valor da faixa quedeve situar o valor verdadeiro da grandeza medida.

E a incerteza do resultado (IR) que exprime a faixa de dvida ainda pre-sente no resultado, provocadas por erros presentes noSM, variaes da

grandeza medir.

Assim, o resultado da medio expresso pela relao

RM = RB IR unidade

O procedimento de determinao do RM realizado baseado nos itens a seguir:

Conhecimento aprofundado do processo que dene a grandeza a sermedida.

Conhecimento do sistema de medio (caractersticas metrolgicas eoperacionais).

Bom senso.

ERRO DE MEDIO

O erro de medio caracterizado como a diferena entre o valor efetivamen-

te medido por umSMe o valor verdadeiro desta grandeza.

Onde

E erro de medioM medida

VV valor verdadeiro


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Na prtica, o valor verdadeiro desconhecido, usamos o valor verdadeiro con-

vencional (vv), como o valor conhecido com erro no superior a um dcimo do er-

ro de medio esperado.

Para eliminar o erro de medio necessrio empregar um SMperfeito sobre

a grandeza a medir, perfeitamente denida e estvel. Na prtica, no se consegue

um SMestvel. Portanto, impossvel eliminar o erro de medio do valor.

Contundo, mesmo sabendo da existncia do erro de medio, ainda possvel

obter informaes conveis.

TIPOS DE ERRO

Para melhor entender o erro de medio, podemos considerar o erro como al-

go composto de trs parcelas:

Onde

VVC= valor verdadeiro convencionalE = M VVC

Erro grosseiro (Eg) Geralmente, decorrente do mau uso ou mau funcio-

namento de SM. Pode ocorrer em funo de leitura errnea, operao indevi-

da ou dano do SM. Seu valor totalmente imprevisvel, porm, a sua existn-

cia facilmente detectvel.

Erro sistemtico (Es) uma parcela de erro sempre presente nas medies

realizadas em idnticas condies de operao. Um indicador com ponteiro

torto um exemplo clssico de erro sistemtico, que sempre se repetir

enquanto o ponteiro estiver torto.

Tanto pode ser causado por problema de ajuste ou desgaste do sistema de me-

dio, quanto por fatores construtivos. Pode ainda ser inuenciado por fatores ex-

ternos, como as condies ambientais. O erro sistemtico, embora se repita se a me-

dio for realizada em condies idnticas, geralmente no constante ao longo de

toda faixa em que o SMpode operar.

E = Eg + Es + Ea

Onde

E = Erro de medio

Eg= Erro grosseiro

Es= Erro sistemtico

Ea= Erro eleatrio


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Erro aleatrio Quando uma medio repetida diversas vezes, nas mes-

mas condies observam-se variaes nos valores obtidos. Em relao ao

valor mdio, nota-se que estas variaes ocorrem de forma imprevisvel,tanto nos valores acima quanto nos que esto abaixo do valor mdio.

Diversos fatores contribuem para o surgimento do erro aleatrio. A existncia

de folga interna em instrumentos mecnicos, ou problemas nas condies am-

bientais, podem, por exemplo, contribuir para o aparecimento deste tipo de erro.

Figura 5 Exemplo de erro aleatrio

O erro aleatrio o erro encontrado nos instrumentos emvirtude de folga no mecanismo.

VOCSABIA?

CONCEITOS DE PROBABILIDADE

Existem funes cujo comportamento perfeitamente previsvel. Estas funes

so denominadas determinsticas. A funo f(x) =2x 4 uma funo determins-

tica, desde que seu valor esteja perfeitamente caracterizado quando x denido.

A funo determinstica muito empregada em modelos matemticos idealizados.

36VIM

Vocabulrio Internacional

de Metrologia

In-Flio/CrisMarcela

A

C

B

D


35/130


36/130


O procedimento a ser adotado mostrado a seguir:

1. Executar um nmero nde medies

2. Calcular o desvio padro das medies

3. Calcular a incerteza (conforme utilizao).

Adotando-se valores individuais (situao mais crtica):

S =n 1

k = 1n

(Xk X)2

u =

n

u =s

Adotando-se mdias dos valores (quando consideramos a mdia como o resul-

tado das medies):

Incerteza Tipo B(uB)

A incerteza do tipo B o mtodo de avaliao da incerteza realizado por ou-

tros meios que no a anlise estatstica de uma srie de observaes. Segue abai-

xo alguns exemplos de incertezas do tipo B.

Dados de medies anteriores.

Especicaes de fabricantes.

Experincia na utilizao e vericao do comportamento do instrumen-to com tempo.

Dados fornecidos em certicados de calibrao.

Onde:

s= Desvio padroXk= Resultado da medio atual

X= Mdia dos resultados

n = Nmero de medies

k = ndice da medio atua


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INCERTEZA DECLARADA COM FATOR DE ABRANGNCIA K(NVEL DE CONFIANA) INFORMADO

Alguns fabricantes fornecem, atravs dos manuais ou certicados de calibra-

o, um valor de fator de abrangncia, que baseado no nvel de conana dos

resultados fornecidos pelo instrumento, em que:

k= 2: a incerteza declarada foi estimada para um nvel de conana de 95%

k= 3: a incerteza declarada foi estimada para um nvel de conana de 99,73%

Tanto a incerteza expandida quanto o fator de abrangncia so obtidos dos

certicados de calibrao e a partir destes dois valores pode-se determinar o va-

lor da incerteza padro (incerteza do tipo B), pois basta dividir o resultado da in-

certeza expandida pelo fator de abrangncia.

Tabela de Student

NVEL DECONFIANA P

T DE STUDENT

90%

95%99%

1,64

1,962,58

LIMITES DE ERRO ESPECIFICADOS PELO FABRICANTE

Em alguns casos o fabricante fornece apenas os limites de erro do equipamen-

to de medio. Nestes casos, adota-se o seguinte procedimento:

Calcular a que a mdia dos limites inferior e superiorCalcular a incerteza do tipo B pela expresso

u =a

3

INCERTEZA GERADA POR EFEITOS SISTEMTICOS NO COMPENSADOS

Em algumas situaes prticas os erros sistemticos no so compensados e a

distribuio desses erros no simtrica, em relao a um ponto de referncia. Com

isso, o clculo da incerteza ca mais difcil. Assim, para simplicar os clculos no

cho de fbrica, contrariando o rigor matemtico, a incerteza de medio pode ser


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determinada atravs de uma distribuio retangular, em que usada a diferena

entre o maior e o menor valor encontrado nas medies como numerador. Desta

forma, temos a incerteza de medio determinada como indicada abaixo:

Onde:

Mi o maior valor encontrado

Mj o menor valor encontrado

u =Mi Mj

3

INCERTEZA DEVIDO RESOLUO DE UM INSTRUMENTO ANALGICO

Nos sistemas com mostradores analgicos a resoluo terica zero. Entretan-

to, em funo das limitaes do operador, da qualidade do dispositivo indicador

e da prpria necessidade de se realizar leituras mais ou menos criteriosas, a reso-

luo adotada (RA) pode ser:

RA= Valor da diviso (VD), quando o mensurando apresentautuaes superiores ao prprio VD, ou no caso de

tratar-se de uma escala grosseira ou de m qualidade.

RA = VD/2, quando se tratar de SM de qualidade regular ouinferior; e/ou o mensurando apresentar utuaes

signicativas; e/ou quando o erro de indicao direta

no for crtico.

RA = VD/5, quando se tratar de SM de boa qualidade (traos eponteiros nos, etc.) e a medio em questo tiver de ser

feita criteriosamente.

RA = VD/10, quando o SM for de qualidade, o mensurandoestvel, a medio for altamente crtica quanto a erros de

indicao direta e a incerteza do SM for inferior ao VD.

Considerando o que foi dito no pargrafo anterior, pode-se dizer que ao se uti-

lizar um instrumento de medio analgico, o operador est sujeito ao erro de ar-

redondamento, por conta da resoluo adotada para o sistema de medio. Em

funo disto, durante o processo de medio, introduzida uma componente adi-

cional de incerteza. Seu efeito de natureza aleatria e pode ser quanticado atra-

vs dos limites mximos possveis, segundo uma distribuio retangular. Assim, o

mximo erro de arredondamento decorre da resoluo adotada (RA) e a incerte-

za de um instrumento analgico ser dada por:

u =RA

3


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INCERTEZA DEVIDO RESOLUO DE UM INSTRUMENTO DIGITAL

Em alguns casos, devemos utilizar o valor da resoluo do instrumento (R) ecalcular a incerteza pela expresso:

Isto aplicvel, por exemplo, quando o instrumento tiver o seu mostrador di-

gital, em que o valor mostrado pode variar devido ao truncamento numrico.

INCERTEZA DEVIDO INFLUNCIA DA TEMPERATURA

Considerando que existem variaes de temperatura, mesmo num ambiente

controlado, faz-se necessrio considerar a parcela de incerteza de medio decor-

rente. Para este tipo de incerteza, assume-se uma distribuio triangular. Deve-se

considerar a mxima variao de temperatura dentro dos limites de especicao,

ou a mxima variao de temperatura possvel entre a pea e o sistema de medi-

o, caso no seja feita a correo. Esta parcela de incerteza determinada por

uma distribuio triangular, calculada conforme a equao abaixo:

u =R

32

Onde:

L= Variao no comprimento

L = Comprimento nominal ou mdia das medies

= Coeciente de dilatao trmica do material (ao: a = 11,8 m/C)T = Variao da temperatura (variao expressa em C no clculo)

u = =L LT

6 6

Onde:

L= Variao no comprimento

F= Variao mxima na fora de medio

L= Comprimento medidoA= rea da seco transversal

E= Mdulo de elasticidade do material

u = =L FL

6 6

DEFORMAO DEVIDO FORA DE MEDIO

Mais uma considerao importante para instrumentos dimensionais. A defor-

mao devido fora de medio apresentada na equao a seguir:


40/130


Acompanhe a seguir algumas das incertezas de medio tipo B. evidente que

existem outras fontes de incerteza que tambm podem ser enumeradas. As incer-

tezas demonstradas aqui nem sempre so vlidas para todos os casos.

GRAU DE LIBERDADE (vp)

Grau de liberdade corresponde ao nmero nde observaes independentes

de uma determinada varivel. Entretanto, um grau de liberdade ser perdido pa-

ra cada restrio que existir sobre as nobservaes. Em geral, consideramos que

o grau de liberdade dado pela expresso:

Vp= n 1

GRAU DE LIBERDADE EFETIVO (eff)

Grau de liberdade efetivo o valor que estima a combinao dos graus de li-

berdade (in) associados a cada uma das incertezas padro, com uma ponderao

pelas respectivas incertezas padro (VIM). Seu clculo feito usando-se a frmula

de Welch-Satterwaite.

MENSURANDO VARIVEL

O mensurando ser considerado varivel se o seu valor no permanecer cons-

tante durante todo o perodo de estudo ou de interesse no seu valor, ou ainda

quando as variaes puderem ser percebidas pelo sistema de medio.

MENSURANDO INVARIVEL

O mensurando ser considerado invarivel se o seu valor permanecer constan-

te durante todo o perodo em que houver interesse no seu valor, ou quando as va-

riaes no puderem ser percebidas peloSM. Pode-se dizer tambm que o men-

surando invarivel quando as suas variaes forem inferiores resoluo do SM,

ou quando no h variaes.

Veff=uc

V1 V2 V3 Vi

4

u14 u2

4 u34 ui

4

+ + ++ ...


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INCERTEZA COMBINADA (ic)

A incerteza combinada consiste na soma quadrtica das diversas incertezas demedio apresentadas por um instrumento qualquer, ou seja:

Este valor no adotado como real, pois representa uma probabilidade esta-

tstica de aproximadamente 68% de se encontrar o erro de medio, e assim no

constitui uma boa aproximao. Para determinar a incerteza com nvel de conan-

a maior, deve-se calcular a incerteza expandida, cujo valor estar dentro de uma

conana de 95%. O valor da incerteza combinada contempla tambm as incer-

tezas herdadas dos padres corrigidos, se necessrio, conforme as diretrizes dos

certicados de calibrao correspondentes.

INCERTEZA EXPANDIDA

A incerteza expandida (U), denida como sendo a grandeza que dene um inter-

valo em torno do resultado de uma medio, que pode englobar uma grande frao

da distribuio de valores que, por sua vez, podem ser razoavelmente atribudos ao

mensurando (VIM). Esta frao pode ser vista como a probabilidade de abrangncia ou

nvel de conana do intervalo. Para associar um nvel de conana ao intervalo deni-

do pela incerteza expandida so necessrias suposies explcitas ou implcitas, com

respeito distribuio de probabilidade caracterizada pelo resultado da medio e sua

incerteza combinada. O nvel de conana que pode ser atribudo a este intervalo s

pode ser conhecido na medida em que tais suposies possam ser justicadas.

uc= u1 u22 u3

2 ui2

+ + ++ ...

muito comum a incerteza expandida ser representada pelo smbolo U e o fator

de abrangncia pelo smboloke, em geral, o nvel de conana de 95%. O fator de

abrangncia k95%equivale ao coeciente de Student para dois desvios padro.

Onde:

k o fator de abrangncia parao nvel de conana desejado.

U = k uc

2

O uso de EPI obrigatrio em qualquer tipo de trabalho. Lembre-sede que o maior prejudicado em um acidente pode ser voc.

FIQUEALERTA


42/130


VOCSABIA?

PRINCIPAIS CONSIDERAES NA AVALIAO DA IMEM MEDIO DIRETA

Na metrologia dimensional, quando se realizam medies diretas, as principais

fontes de incerteza que podem estar presentes durante o processo so:

A incerteza da calibrao do sistema de medio (IC), que a incerteza

herdada

O arredondamento devido resoluo do sistema de medio (IR)

A inuncia da diferena de temperatura entre a pea e a escala do sistemade medio (IT)

A incerteza do Tipo A(uA)

A tendncia dos sistemas de medio, que a inuncia sistemtica

A inuncia da fora de medio

Diferena entre o material da pea e o do SM

Outras fontes de incerteza podem estar presentes, mas, neste trabalho, o que

ser considerado se o sistema de medio est adequado ao uso, se o operador

est capacitado para realizar a medio corretamente e se o mensurando no so-

fre modicao indevida pelo sistema de medio. Assim, as fontes de incerteza

podem ser identicadas e avaliadas de forma consistente e segura.

2.5 NOES DE NORMAS E LEGISLAO APLICADA METROLOGIA

No Brasil, essa norma denominada NBR ISO/IEC 17025, utilizada pelo INMETRO,

com credenciamento do laboratrio a ser integrado RBLE Rede Brasileira de La-

boratrios de Ensaio e a RBC Rede Brasileira de Calibrao.

Quanto incerteza da medio, a expresso da incerteza era considerada um

grande obstculo na harmonizao entre os sistemas de medio. O CIPM Comi-

t Internacional de Pesos e Medidas articulou um frum de especialistas de di-

versas instituies internacionais (ISO, IEC International Electrotechnical Com-

mission BIPM, OIML, IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry,

Os conceitos de unidades de medida sero utilizados nasprticas de calibrao e no ajuste dos instrumentos de medida.


43/130


IUPAP International Union of Pure and Applied Physics e IFCC International

Federation of Clinical Chemistry) para produzir um guia que apresentasse os pre-

ceitos tericos e denisse uma maneira sistematizada para a expresso da incer-teza. Este guia conhecido como GUM Guide to the Expression of Uncertainty

in Measurement, cuja primeira edio em ingls foi lanada em 1993. O Brasil pu-

blicou a segunda edio revisada, em portugus, em agosto de 1998.

Este captulo procurou denir os modos e os critrios necessrios para secalibrar um instrumento (calibrar confrontar o instrumento com um pa-

dro). Vimos que antes de realizar a calibrao precisamos conhecer o sis-

tema de numerao, as converses de unidades, as noes de normas e a

legislao utilizadas pelos laboratrios de calibrao. Assim, denir a incer-

teza de medio como denir o erro presente no ensaio feito no instru-

mento. Os possveis erros so: erro do metrologista que fez o ensaio, erro

do padro, erro das condies ambientais etc. Antes de fazer o ensaio pre-

cisamos conhecer o modo de como se calcula esta incerteza. Para isso, es-

tudamos toda a parte matemtica inserida nas frmulas e tabelas necess-rias a esse clculo.

RECAPITULANDO


44/130


45/130

3.1 BSICO DE INSTRUMENTAO

Na indstria de petrleo e gs natural as variveis mais importantes so a vazo e o nvel,

pois elas so usadas como variveis de transferncia, ou mesmo como seus medidores, sendo a

base para a compra e venda destes produtos. As outras variveis so medidas para ns de com-

pensao, mudanas de volume para massa, estabelecimento de condies padro de transfe-

rncia e segurana de operao.

Instrumentao bsica

3

Figura 6 Na plataforma de petrleo, a instrumentao

CNI

Estas variveis so:

Presso

NvelVazo

Temperatura


46/130


Os processos exigem controles rgidos, pois vo determinar a qualidade do pro-

duto. Os processos industriais podem ser divididos em dois tipos:

O Protocolo Hart, desenvolvido em torno de 1980, pelaRosemount Inc., ele representou a grande revoluo nainstrumentao destes processos, pois permitiu a tranfe-

rncia da varivel medida para a sala de controle. Inicial-mente com proprietrio, o protocolo logo passou a ser deuso gratuito. Em 1993, os direitos autorais do protocolopassaram para Hart Communication Foundation (HCF).

VOC

SABIA?

Figura 7 Exemplo de rede com tecnologia Hart

Processocontnuo

Processodescontnuo

Em ambos os caso teremos de manter as variveis de processo em um deter-

minado valor.

Este conjunto de instrumentos forma uma malha de processo.

PROTOCOLOS UTILIZADOS NA INDSTRIA DE PETRLEO E GS

PROTOCOLO HART

O Protocolo Hart (highway address remote transduce) um sistema que combina

o padro 4 a 20mA com a comunicao digital, permitindo conectar instrumentos

a um computador. Utiliza dois os com uma taxa de comunicao de 1200 bits/s.

Analgico

Hart

Hart

Interface

4 20mA

Dadosdigitais

In-Flio/CrisMarcela


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3 INSTRUMENTAO BSICA45

3.2 MEDIO DE PRESSO

Todos os instrumentos de presso so empregados nas indstrias Qumicas,Farmacuticas, Petrleo e Gs, entre outras.

Presso denida como a relao de uma fora aplicada sobre uma rea.

PROTOCOLO FIELDBUS

Fieldbus um sistema de comunicao digital bidirecional usado para interligarinstrumentos inteligentes, instalados no campo com os sistemas de controle, geral-

mente, localizados na sala de controle. Os instrumentos inteligentes podem forne-

cer informaes de diagnstico e controle, reduzindo a quantidade de instrumen-

tos de uma malha de controle. Este padro permite a comunicao de mltiplas va-

riveis entre vrios instrumentos, proporcionando uma melhora no desempenho

dos processos de produo e automao. Os instrumentos possuem funes avan-

adas, disponveis para a melhoria do controle, permitindo a calibrao remota (

distncia), possibilitando um diagnstico automtico e facilitando a manuteno. O

Fieldbus reduz os custos de manuteno, instalao e partida. Os custos da aoso reduzidos em at 66%, ou mais, pois o Fieldbus permite a instalao de mais de

um instrumento no mesmo par de os. Alm disso, podem ser conectados novos

instrumentos sem a necessidade de instalao de uma nova ao. Outra caracte-

rstica importante deste padro de transmisso a imunidade a rudos, pois todos

os dados so transmitidos digitalmente, aumentando a preciso dos mesmos.

Este conjunto de instrumentos forma uma malha de processo.

Estao de manutenoEstao de operao

Dados dediagnstico

SadaFeedback

FeedbackAlarme

In-Flio/PaulaMoura

Figura 8 Exemplo de rede Fieldbus


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A varivel a que permite medir a presso, assim como tambm se pode me-

dir outras variveis, tais como: Nvel e Vazo.

P Presso

F Fora a unidade Newton (N)

A rea a unidade m2

P =F

A

P1+ . g . h1= P2+ . g . h2= cte

Newton por metro quadrado Pascal (Pa), como se apresenta a unidade de

presso no Sistema Internacional de Unidade (SI). Por ser muito pequena, comum

represent-la como o KPa e MPa.

UNIDADES DE PRESSO

Vamos relacionar e estudar os princpios, as leis e os teoremas da Fsica utiliza-

dos na medio de presso.

TEOREMA DE BERNOULLI

TEOREMA DE STEVIN

Este teorema foi estabelecido por Stevin. Ele relaciona as presses estticas

exercidas por um udo em repouso.

= Peso especco

Relao entre peso e volume

de uma determinada.

A unidade usual kgf/m3.

P2. P1= P = ( h2 h1) *

P1+ .V1+ . g . h1= P2+ .V2+ . g . h2= cte1 1

2 22

Lei da conservao de energia

Quando a velocidade nula

2

h1

P1

P2

h2


49/130


PRINCPIO DE PASCAL

A presso exercida em qualquer ponto de um lquido esttico se transmite in-tegralmente em todas as direes e produz a mesma fora em reas iguais.

O Volume deslocado

Equao manomtrica

P1=F1A1

P1=F1A1

P1= P2= =F1 F2A1 A2

A1x h1= A2x h2V1= A1x h1 V2= A2x h2

A presso tambm pode ser denida como o somatrio da presso esttica e

da dinmica, sendo assim chamada presso total.

PRESSO ESTTICA

a presso medida na parede interna da tubulao por onde passa o uido. Ela

chamada de esttica, porque a velocidade do uido viscoso que ui atravs da

parede rugosa da tubulao zero.

P1

P2

= ( h1

h2

)P1

+ ( h1

x ) = P2

+ ( h2

x )

10 kgf

F1 = 2cm2

A2 = 10cm2

A2 = 10cm2F1

F22

1

h1 h2

h1

P1 P2

h2

In-Flio/CrisMarcela


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Presso dinmica a presso exercida por um uido em movimento paralelo sua corrente.

Presso total o somatrio da presso dinmica e da presso esttica.

TIPOS DE MEDIO DE PRESSO

Presso absoluta a presso a partir do vcuo absoluto ou zero absoluto.

Presso atmosfrica a presso exercida pela camada de ar que envolve a Terra. O instrumento

que mede a presso atmosfrica o Barmetro. Ao nvel do mar, quando

se mede a presso, tomando como referncia a presso atmosfrica, cha-

mamos esta presso de presso relativa. As presses abaixo dessa refern-

cia so chamadas de vcuo ou presso negativa.

Os instrumentos que medem presso absoluta vm com a letra Aaps a unidade.

MEDIDORES DE PRESSO

A medio tem por objetivo facilitar a anlise e a escolha do tipo mais adequado.

Os medidores de presso, de um modo geral, podem ser divididos em trs partes:

Elemento receptor o que recebe o impacto da medio e a transforma em deslocamento

ou fora.

Exemplo:

Bourdon fole, diafragma

Presso absoluta = Presso relativa + Presso atmosfrica

Pd= . V212

Nm2


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Elemento de transferncia o que amplica o deslocamento ou transforma um sinal em outro (sinal

eltrico e pneumtico), que mandado para a indicao.

Exemplo:

Link mecnico, rel piloto, amplicadores operacionais.

Elemento de indicao o que recebe o sinal e o indica.

Exemplo:

Ponteiro, display.

MEDIDORES

Os manmetros podem ser de dois tipos:

Manmetro de lquidos

O manmetro de coluna lquida constitudo de um tubo de vidro, com rea sec-

cional uniforme, com uma escala graduada, um lquido de enchimento e suporta-

dos por uma estrutura de sustentao. O valor da presso obtida pela leitura dire-

ta da altura da coluna. A faixa de medio depende do peso especco do lquido de

enchimento e da fragilidade do tubo de vidro. Normalmente, ao lquido de enchi-

mento adicionado um corante. A escala graduada em mmH2O. A leitura da esca-la feita na parte baixa do menisco causada pela tenso supercial do vidro.

Manmetro decoluna de lquido:

Tipo tubo U

Tipo coluna reta

Manmetro elstico:

Tipo Bourdon

Tipo Diafragma

Tipo Cpsula

Figura 9 Tipo coluna reta

Posio de leitura

guaIn-Flio/Cris

Marcela


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Manmetro tipo

coluna emU

P1 P2= (h1+ h2)

A x h1= a x h1

Como o volume deslocado o mesmo, teremos:

como

A equao ser

P1 P2= x h2(1 + a)A

O tubo U um dos medidoresde presso mais simples , cons-

titudo por um tubo Ue xado so-

bre uma escala graduada.

A leitura feita simplesmente

medindo o deslocamento do lado

de baixa presso, a partir do mes-

mo nvel do lado de alta presso,

tomando como referncia o zeroda escala.

Como os lados da coluna em

Upossuem dimetros diferentes

ae A. Observe na gura ao lado. Figura 10 Tipo coluna em U

O emprego do mercrio em instrumentos de medida proibido, uma vez que ele nocivo ao ser humano.A legislaao brasileira probe a fabricao, a comercializa-o, o uso e o armazenamento dos instrumentos de medi-o que contm mercrio, como manmetros e termme-tros. As intoxicaes por mercrio mesmo leves podemcausar anemia, anorexia, depresso, dermatite, fadiga,

dores de cabea, hipertenso, insnia, torpor, irritabilida-de, tremores, fraqueza, problemas de audio e viso.Intoxicaes mais graves podem gerar problemas neurol-gicos srios, como paralisias cerebrais.

VOCSABIA?

h1= a x h2A

In-Flio/PaulaMoura

P1 P2

h


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MANMETRO TIPO ELSTICO

Este tipo de instrumento de medio de presso baseia-se na Lei Hooke sobreelasticidade de materiais.

O elemento de recepo de presso elstico sofre deformao de acordo com

a presso aplicada. Esta deformao medida por dispositivo mecnico, eltrico

ou eletrnico.

Essa deformao provoca um deslocamento linear, convertido de forma pro-

porcional a um deslocamento angular, por meio de um mecanismo especco.

Manmetro de tubo Bourdon

O Bourdon um tubo de seo oval que poder estar na forma de C, espiral ou

helicoidal, tendo uma extremidade fechada e a outra aberta.

Observe alguns materiais utilizados na confeco do Bourdon:

Lato Cobre

Alumibras Berlio

Ao inox Liga de ao

Bronze fosforoso

O manmetro utilizado na faixa de 25% e 75%, que a faixa precisa do ma-

nmetro.

In-Flio/PaulaMoura

Figura 11 Tipos de Bourdon

Tipo Helicoidal

Tipo Espiral

Tipo C


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Classicao do manmetro quanto a preciso

CLASSE TOLERNCIA PRECISO RESTANTE DA FAIXA

A

B

C

D

A4

A3

A2

A1

1,0%

2,0%

3,0%

4,0%

0,10%

0,25%

0,50%

1,0%

25% e 75%

25% e 75%

25% e 75%

25% e 75%

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

Os manmetros classe A, B,Ce Dso manmetros industriais e os manme-

tros classe A1, A2, A3 e A4 so manmetros de preciso usados como padro pa-

ra calibrar outros manmetros.

Bourdon CO tubo Bourdon que curvo e exvel, ligado a um acoplamento de pon-

teiro, quando o uido penetra no bourdon, o tubo se retica, diminuindo

sua curvatura.

Manmetro diferencialOs manmetros so os que utilizam dois Bourdon e com um nico meca-

nismo medem a diferena entre as presses. O resultado a diferena das

presses aplicadas.

Figura 12 Manmetro C

In-Flio/PaulaMoura

Tubo de Bourdon

Presso medida

2

Coroa/Pinho

Escala

Ponteiro


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Manmetro de foleO fole consiste em uma cmara metlica, corrugada, que se deforma ao se

aplicar uma presso. O fole utilizado em mdias presses.

Figura 13 Manmetro de fole

Manmetros de diafragma

O diafragma constitudo por um disco de material elstico, xado pela borda.

Uma haste xada ao centro do disco est ligada a um mecanismo de indicao.

Quando uma presso aplicada, a membrana se desloca e esse deslocamento

proporcional presso. O diafragma, geralmente, ondulado ou corrugado pa-

ra aumentar a sua rea efetiva presso.

Figura 14 Manmetro de diafragma

In-Flio/Cris

Marcela

In-Flio/StelaMartins

In-Flio/CrisMarcela

Ponteiro

Setor

Link

Diafragma

elstico

Pinho


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Os diafragmas podem ser de materiais metlicos ou no metlicos:

MetlicosEstes diafragmas so feitos de uma chapa metlica, lisa ou enrugada,ligadas a um ponteiro por meio de uma haste. O movimento de deexo

do diafragma, causado pela presso, posiciona um ponteiro indicador ao

longo de uma escala de graduao constante. So fabricados de bronze

fosforoso, cobre, berlio, lato, ao inoxidvel e monel.

No metlicosSo fabricados em couro, teon, neoprene e polietileno. So empregados

para presses baixas. Geralmente, uma mola ope-se ao movimento do

diafragma, cuja deexo diretamente proporcional presso aplicada.

Figura 15 Manmetro com contato eltrico

No use ferramenta defeituosa. Ela poder causar umacidente.

FIQUEALERTA

ACESSRIOS DO MANMETRO

Os acessrios usados nos manmetro so:

Contato eltrico

Selo

Sifo

Amortecedor de pulsao

SENAI-RJ


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Manmetro de seloO sistema de selagem uma

tcnica muito utilizada na inds-

tria para isolar o uido de proces-

so do contato direto com o ins-

trumento de medio. Em mui-

tos casos, necessrio isolar o

uido de processo, que pode ser

quente, slido em suspenso,

corrosivo ou com possibilidade

de cristalizao.

SifoNa medio de qualquer vari-

vel em linhas de vapor, geral-

mente, utilizado um tubo sifo

para proteger o elemento de

medio da alta temperatura. O condensado ca acumulado no tubo

sifo, impedindo que o vapor entre em contato com o elemento de medi-

o. Conra, a seguir, alguns tipos de tubo sifo utilizados na indstria.

Figura 17 Tipos de sifo

Amortecedor de pulsao usado quando o elemento for submetido presses pulsantes. Ele deve

ser protegido por um amortecedor de pulsao. Esse amortecedor pode

ser uma vlvula agulha, que serve como bloqueio, possibilitando a

retirada do instrumento sem parar o processo.

JosMarianoSoaresPinto

Coelho

In-Flio/CrisMarcela

Tipo rabode porco

Tipo cachimbo Tipo bobina

Figura 16 Manmetro de selo


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TRANSMISSORES ELETRNICOS DE PRESSO

Esse transmissores so sucessores dos pneumticos. Possuem elementos de de-teco similares ao pneumtico, porm, utilizam elementos de transferncia que

convertem sinal de presso, detectado em sinal eltrico, padronizado de 4 a 20mA

DC. Existem vrios princpios fsicos relacionados s variaes de presso que po-

dem ser usadas como elemento de transferncia. Os transmissores so emprega-

dos para a medio de presso em renarias e plataforma de petrleo.

FITA EXTENSIOMTRICA (STRAIN GAUGE)

Figura 18 Fitas extensiomtricas

Dispositivo que mede a deformao elstica sofrida pelos slidos, quando es-

tes so submetidos ao esforo de trao ou compresso. Na realidade, so tas me-

tlicas xadas adequadamente nas faces de um corpo a ser submetido ao esforo

de trao, ou compresso, e que tm sua seo transversal e seu comprimento al-

terado em virtude desse esforo imposto ao corpo.

Estas tas so interligadas a uma ponte de Wheatstone, ajustada e balanceada

para a condio inicial, e que ao ter os valores de resistncia da ta alterados com

a presso, sofrem o desbalanceamento proporcional variao desta presso.

In-Flio/PaulaMoura

F

L x nmero de voltas

Fio solidrio base Ponto de aplicao da fora

Lmina de base(flexvel)

Fio solidrio base

Lmina de base


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Na confeco destas tas so utilizados metais que possuem baixo coeciente

de temperatura, a m de que exista uma relao linear entre resistncia e tenso

numa faixa mais ampla.

SENSOR PIEZOELTRICO

A medio de presso que utiliza este tipo de sensor baseia-se no fato de os

cristais assimtricos, submetidos a uma deformao elstica ao longo do seu eixo

axial, produzirem internamente um potencial eltrico, causando um uxo de car-

ga eltrica no circuito externo.

A quantidade eltrica produzida proporcional presso aplicada. Essa rela-

o linear facilita a sua utilizao. Outro fator importante para a sua utilizao es-t no fato de se utilizar o efeito piezoeltrico de semicondutores, reduzindo assim

o peso do transmissor, sem perdas de preciso.

Cristais de Turmalina, Cermica Policristalina Sinttica, Quartzo e Quartzo Cul-

tivado podem ser utilizados na fabricao dos sensores piezoeltricos. O Quartzo

Cultivado o mais empregado por apresentar caractersticas ideais de elasticida-

de e linearidade.

DENOMINAO LIGAFAIXA DETEMPERATURA

Constantan

Karma

479 Pt

Nichome V

Cobre-nquel

Cobre-nquel aditivado

Platina-tugstnio

Nquel-cromo

+10 -204C

At 427C

At 649C

At 649C

Figura 19 Sensor Piezoeltrico

Metais utilizados na confeco da ta

In-Flio/PaulaMoura

Presso

CristalLquido de enchimento

Diafragma

Amplificador


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SENSOR CAPACITIVO

Processo Processo

Figura 20 Sensor Capacitivo

No sensor capacitivo h dois diafragmas de medio que se movem entre dois

diafragmas xos. Para que ocorra a medio, o circuito eletrnico alimentado por

um sinal AC atravs de um oscilador, que modula a frequncia ou a amplitude do

sinal, em funo da variao do sinal de presso. Como lquido de enchimento, po-demos usar a glicerina ou o or-oil.

Um transmissor de presso apresentou erro de transmisso do sinal. O dis-

play do instrumento apresentava um valor e o sinal transmitido, outro valor.

Aps solicitar a PT para a retirada do instrumento da rea, o referido instru-mento foi levado para a ocina de manuteno, pensava-se que o defeito

de transmisso fosse um ajuste no sinal de intensidade de corrente do sinal

transmitido. O instrumento foi desmontado, foram limpas as cmaras de al-

ta e baixa presso. Depois de montado e feita a calibrao para ajustar a in-

tensidade de corrente, no se obteve xito no ajuste necessrio. O fato apre-

sentado foi relatado no DDS (Dilogo Dirio de Segurana), para que todos

tomassem conhecimento. O transmissor foi novamente desmontado e to-

dos os componentes testados, ocasio em que foi constatado que o ltro de

fonte apresentava baixa de isolao, o que produzia erro na transmisso dosinal. O ltro foi substitudo e o instrumento foi colocado para operar na rea.

CASOS E RELATOS

In-Flio/PaulaMoura

Diafragma sensor

Diafragma isolador

Fluido de enchimento

Cermica

Superfcie metalizada

Vidro

Ao


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CHAVE DE PRESSO (PRESSOSTATO)

Estas chaves so utilizadas como componentes de sistemas de proteo deequipamentos ou processos.

O pressostato acionado segundo um set point denido pelo processo, o tem-

po entre a atuao e o desarme pode ser por diferencial xo ou diferencial ajustvel.

Os pressostatos so utilizados em intertravamento de bombas e vasos.

Os contados so NA e NF, o microinterruptor pode ser selecionado como SPDP,

com um contato comum, e um NA e NF, DPDT, que composto por dois interrup-

tores com dois comuns, dois NA e dois NF.

O pressostato a ser usado: diafragma, pisto ou bourdon C.

INSTRUMENTOS CONVERSORES DE SINAIS

Os instrumentos conversores de sinais podem ser do tipo corrente/presso, ten-

so/presso. Esse instrumento converte um sinal de corrente (4 a 20 mA DC), ou

tenso (1 a 5 VDC), em um sinal de presso (3 a 15 PSI). Estes so usados na aber-tura ou fechamento de vlvulas de processo.

3.3 TEMPERATURA

Os sensores de temperatura so utilizados nas indstrias qumica, petrleo e

gs, dentre outras.

A temperatura pode ser denida como uma representao numrica, para o

estado de agitao das partculas que formam os corpos. Quanto mais agitadas as

partculas, maior a temperatura. O conceito popular de temperatura estabeleci-

do em quente ou frio, mas as sensaes de temperatura podem variar muito de

pessoa para pessoa. Algo quente para uma pessoa, pode ser frio para a outra.

A temperatura uma das sete grandezas do Sistema Internacional de Medi-

das (SI), ao lado de massa, dimenso, tempo, corrente eltrica, intensidade lumi-

nosa e quantidade de substncia.

Junto com a presso, vazo e nvel, a temperatura uma das principais vari-

veis de processo. Sua medio e controle so de vital importncia, haja vista que

abrange variaes fsicas e qumicas de substncias.


62/130


A temperatura o que quantica a quantidade de calor. Calor no tempera-

tura, calor uma forma de energia expressa em Joule e medida pela temperatura

em Celsius.

A temperatura expressa o grau de calor de um corpo. Corpos com temperaturas

iguais podem no ter a mesma quantidades de calor. O calor uma forma de ener-

gia trmica ou termal. Quanto maior a agitao, maior ser a quantidade de energia.

Q = m x c x t

Onde:

Q = Variao na quantidade de calorm= Massa da substncia envolvida

c= Calor especco (caractersticos das substncia)

t= Variao de temperatura

A unidade de temperatura o Celsius C, mas na indstria tambm comum a

escala Fahrenheit F. Outra unidade de temperatura a escala Kelvin que corres-

ponde a 273,15C.

CONVERSO DE ESCALA

Acompanhe um mtodo de converso da escala Celsius e Fahrenheit.

=C F 32

3 9

TEMPERATURASESCALAS ABSOLUTAS

R

671,67

491,67

0

K

373,15

273,15

0

ESCALAS RELATIVA

C

100

0

273,15

F

212

32

459,67

Ponto de ebulio da gua

Ponto de fuso do gelo

Zero absoluto

Temperatura das escalas absolutas e relativas

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.


63/130


So os chamados pontos xos de temperatura. Chama-se esta escala de IPTS Es-

cala Prtica Internacional de Temperatura. A primeira escala prtica internacional de

temperatura surgiu em 1927 e foi modicada em 1948 (IPTS-48). Em 1960 mais modi-caes foram feitas e, em 1968, uma nova Escala Prtica Internacional de Temperatu-

ra 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.

Os pontos xos utilizados pela IPTS-68 so apresentados na tabela abaixo:

Escala prtica internacional de temperatura

ESTADO DE EQUILBRIO TEMPERATURA C

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

em equilbrio.

Ponto triplo do hidrognio

Ponto de ebulio do hidrognio

Ponto de ebulio do nenio

Ponto triplo do oxignio

Ponto de ebulio do oxignio

Ponto triplo da gua

Ponto de ebulio da gua

Ponto de solidicao do zincoPonto de solidicao da prata

Ponto de solidicao do ouro

259,34

252,87

246,048

218,789

182,962

0,01

100,00

419,58916,93

1.064,43

O sensor de temperatura do tipo termoresistncia utili-zado em medies de baixa temperatura.

VOCSABIA?

Figura 21 Temperatura x presso

Fase lquida

Presso

Temperatura

Faseslida

Fase vapor

Ponto triplo

Linhas de fuso

Linha de vaporizao

Linha de sublimao

In-Flio/Cris

Marcela


64/130


65/130


MEDIDORES DE TEMPERATURA POR DILATAO/EXPANSO

Termmetro de dilatao de lquido

O termmetro de vidro, normalmente, usado em laboratrio. Em processos

industriais utilizamos o termmetro de capela, um termmetro que tem a prote-

o de uma capela metlica, enroscada na linha de processo, com medio local.

O lquido de enchimento o mercrio empregado na indstria de petrleo.

Figura 23 Termmetro de capela

LQUIDOPONTO DESOLIDIFICAO C

PONTO DEEBULIO C

FAIXA DE USO C

Mercrio

lcool Etlico

Tolueno

39

115

92

+ 357

+ 78

+ 110

38 a 550

100 a 70

80 a 100

Termmetros de dilatao de lquido em recipiente de vidro

Ao retirar o sensor de temperatura do poo termo-mtrico use luva de vaqueta por causa da temperaturado processo.

FIQUEALERTA

No termmetro de mercrio pode-se elevar o limite mximo at 550C, por meio

da injeo de gs inerte sob presso, evitando a vaporizao do mercrio. Por ser fr-

gil, impossvel registrar a sua indicao ou transmiti-la distncia. O uso desse ter-

mmetro com proteo metlica mais comum em laboratrios ou em indstrias.

In-Flio/CrisMarce

la

Escala

Coluna lquida(Indicao)

Bulbo


66/130


Figura 24 Termmetros de dilatao

Termmetro de lquido com capilar metlico

Este termmetro consta de um bulbo de metal ligados a um capilar metlico e

a um sensor, o lquido preenche todo o instrumento. A variao da temperatura

deforma elasticamente o sensor.

Tipos de lquidos de enchimentoComo lquido de enchimento empregam-se o Mercrio, o Xileno e Tolueno,

porm, eles tm alto coeciente de expanso.

Tabela de lquidos de enchimento de termmetros

LQUIDOFAIXA DEUTILIZAO C

Mercrio

XilenoTolueno

35 a 550

40 a + 400 80 a +100

Termmetro bimetlico

A liga do sensor bimetlico composta de Invar (64% de Ferro 36% de nquel)

e lato que so ligas metlicas com ndice de dilatao diferente. A liga com maior

ndice de dilatao montada na parte superior, o que faz o sensor se curvar pa-

ra o lado de menor coeciente de dilatao. Estes termmetros so utilizados na

faixa de 50C a +500C, eles tambm so encontrados na escala Fahrenheit (F).

O termomtro bimetlico pode ser usado como chave para controle, do tipo

ONOFF, em ferro de passar roupa e sanduicheira.

In-Flio/PaulaMour

a

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ponteiro

Sensor volumtrico

Brao de ligao

Capilar

Bulbo

Lquido (mercrio, lcool etlico)

Setor dentado


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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 os so fundidos em sua ex-tremidade, com o nome de junta quente ou junta de medio. A outra extremi-

dade dos os levada ao instrumento de medio de fora eletromotriz (f.e.m.),

fechando um circuito eltrico por onde ui a corrente. O ponto no qual os os

que formam o termopar conectam-se ao instrumento de medio chamado

junta ou referncia.

O termopar gera milivolte, que convertido em valor detemperatura no indicador.

VOCSABIA?

Figura 25 Termmetro bimetlico

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 termopa-

res para a medio de temperatura.

Gradiente de temperatura

Instrumentoindicador oucontrolador

In-Flio/CrisMarcela

In-Flio/PaulaMoura

Figura 26 Termopar com indicador

Junta demedida Termopar

Cabo deextenso

Bloco de ligao Junta de referncia


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Nas aplicaes prticas o termopar apresenta-se normalmente como na gura an-

terior. O sinal def.e.m., gerado pelo gradiente de temperatura (DT), existente entre

as juntas quentes e frias, ser (de modo geral) indicado, registrado ou transmitido.

O termopar do tipo Sfoi construdo por Le Chatelier, nofinal do sculo XIX, e at hoje utilizado como padro naindstria.

VOCSABIA?

EFEITO TERMOELTRICO

formado por dois condutores diferentesA e B. Quando dois metais ou semicon-dutores similares so conectados e as junes mantidas a diferentes temperatu-

ras, nesse caso, quatro fenmenos ocorrem simultaneamente:

A aplicao cientca e tecnolgica dos efeitos termoeltricos muito impor-

tante e a sua utilizao, no futuro, cada vez mais promissora. Os estudos das pro-

priedades termoeltricas dos semicondutores e dos metais levam, na prtica,

aplicao dos processos de medies na gerao eltrica (bateria solar) e na pro-

duo de calor e frio. O controle de temperatura feito por pares termoeltricos

uma das importantes aplicaes do Efeito Seebeck.

Atualmente, busca-se o aproveitamento industrial do Efeito Peltier em grande

escala, para a 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, ocorre uma circulao de cor-

rente, enquanto existir uma diferena de temperatura (DT) entre as suas junes.

Denominamos: 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 See-

beck. Quando a temperatura da junta de referncia mantida constante, veri-

ca-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.

Efeito Seebeck

Efeito Peltier

Efeito Thomson

Efeito Volta In-Flio/PaulaMoura


69/130


O Efeito Seebeck se produz pelo fato de que os eltrons livres de um metal di-

ferem de um condutor para o outro e dependem da temperatura. Quando dois

condutores diferentes so conectados para formar duas junes e estas so man-

tidas com diferentes temperaturas a difuso dos eltrons, nas junes, produz-se

a ritmos diferentes.

Efeito termoeltrico de Peltier

Em 1834, Peltier descobriu que com um par termoeltrico, com ambas as jun-

es na mesma temperatura, e, mediante uma bateria exterior, seria possvel pro-

duzir uma corrente no termopar, nesse caso, as temperaturas das junes variam

em uma quantidade no inteiramente devida ao efeito Joule. Esta variao adicio-

nal de temperatura o Efeito Peltier. Este efeito produzido tanto pela corrente

proporcionada por uma bateria exterior, quanto pelo prprio par termoeltrico.

A (+)

Tm Tr

B ()

Figura 27 Efeito Seebeck

Figura 28 Efeito Peltier

O coeciente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam uma

juno, sendo independente da temperatura da outra juno. O calor Peltier re-

versvel. 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 concluiu, por meio das Leis da Termodinmica, que a con-

duo de calor, ao longo dos os metlicos de um par termoeltrico, que no trans-

porta corrente, origina uma distribuio uniforme de temperatura em cada o.

O Efeito Thomson depende do metal de que feito o o e da temperatura m-

dia da pequena regio considerada. Em certos metais, h absoro de calor quando

uma corrente eltrica ui, da parte fria para a parte quente do metal; e h gerao

A (+)

T T T + T

B ()

In-Flio/CrisMarcela

In-Flio/CrisMarcela


70/130


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 ui da parte

quente para a parte fria do metal. Conclui-se que, com a circulao de corrente, aolongo de um o condutor, a distribuio de temperatura neste condutor ser modi-

cada, tanto pelo calor dissipado por efeito Joule, como pelo Efeito Thomson.

Efeito termoeltrico de Volta

A experincia de Peltier pode ser explicada por meio do Efeito Volta, cujo

enunciado :

Em outras palavras, a f.e.m.medida depende, nica e exclusivamente, da com-

posio qumica dos dois metais e das temperaturas existentes nas junes.

Essa diferena de potencial depende da temperatura e no pode ser medida

diretamente.

Lei termoeltrica

Da descoberta dos efeitos termoeltricos partiu-se, por meio da aplicao dos

princpios da termodinmica, enunciao das trs leis que constituem a base da

teoria termoeltrica, nas medies de temperatura com termopares. Portanto, com

estes sensores fundamentados nesses efeitos e nessas leis, podemos compreen-

der todos os fenmenos que ocorrem na medida de temperatura.

Le

metrologia_alta.pdf

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