13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 1
Marco Antônio Ribeiro
Instrumentação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 2
Instrumentação é o ramo da Engenharia que trata de Projeto Fabricação Especificação Montagem Operação Manutenção
de instrumentos para medição, alarme e controle do processo industrial
Instrumentação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 3
Qualidade do produto Quantidade do produto Economia do processo Segurança do processo (safety) Proteção do processo (security) Transferência de custódia Ecologia
Aplicações da Instrumentação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 4
Não reclama Não faz greve Não pede aumento de salário Não tira férias Não se apaixona Não torce por time de futebol Não brinca carnaval e nem São João Trabalha no escuro
Vantagens do instrumento
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 5
Capacidade limitada de tomar decisão Precisa de programação para operar Requer ajustes periódicos Requer manutenção periódica Consome energia Custo de propriedade
Desvantagens do instrumento
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 6
Química e Petroquímica Óleo, Gás e Petróleo Dutos e Terminais Têxtil Fertilizantes Papel e Celulose Mineração Metalurgia e Siderurgia Tratamento d’água e efluente
Indústrias de Processo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 7
Caldeira Reator Coluna de Destilação Forno, fornalha Refrigerador Compressor e bomba Trocador de calor Torre de refrigeração
Equipamentos instrumentados
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 8
Mecânica dos fluidos Termodinâmica Química Física Eletrônica Mecânica Informática Telecomunicação
Disciplinas correlatas
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 9
Indústria de petróleo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 10
Dutos e Terminais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 11
Controle da Planta
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 12
Automação da planta
Gerenciamento de negócios
Controle Avançado e Otimização do Controle
Rede industrial (LAN)
Rede corporativa
S
Controle regulatório
Sensores e atuadores
Aplicativo Financeiro e Corporativo
Internet ou Intranet
Alarme e Intertravamento
PC com aplicativos
PC com aplicativos
SDCD ou PC com aplicativos
CLP ou relés
Single loop ou CLP
Instrumentação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 13
Integração de Sistemas
Transacional
Tempo Real
Contínuo
Seqüencial
Discreto
Medição
Gerência Corporativa
Gerência de Produção
Tempo Real
Transacional
Controle
Gerência Industrial
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 14
Mecânica Elétrica Pneumática Eletrônica analógica Eletrônica microprocessada (digital) Virtual
Evolução da Instrumentação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 15
Registrador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 16
Transmissor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 17
Controlador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 18
Instrumentos reais e virtuais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 19
Instrumentos reais e virtuais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 20
Instrumentos reais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 21
Instrumentos virtuais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 22
Controlador Virtual
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 23
Estação de controle e operação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 24
Estação de controle e operação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 25
Marco Antônio Ribeiro
Fluido do trocador de calor
PR2
FR1
TV3 TRC
3
TAL
4
Símbolos e Identificação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 26
Normas ISA de Símbolos
S5.1 (1984) - Símbolos e Identificação de Instrumentos (analógicos e dedicados)
S5.2 (1981) - Diagrama lógico binário para operações de processo
S5.3 (1983) - Símbolos para Instrumentação Distribuída, Compartilhada, Lógica e Computador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 27
Aplicações de Símbolos
Fluxogramas de processo [P&I - Piping (Process) and Instruments]
Painéis sinópticos e semigráficos Telas de vídeo de estação de operação Literatura técnica Curso de Instrumentação e Controle
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 28
Parâmetros do símbolo
Instrumento (dedicado ou compartilhado)
Linhas do sinal de interligação Alimentação Local de montagem Identificação do instrumento (tag) Informações adicionais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 29
Símbolo e filosofia do instrumento
COMPARTILHADODEDICADO FUNÇÃO DE COMPUTADOR
DUAS FUNÇÕES UM INSTRUMENTO
LÓGICA
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 30
Símbolo e local de montagem
ACESSÍVEL AO OPERADOR
PAINEL DE LEITURA
NÃO ACESSÍVEL AO OPERADOR
ARMÁRIO CEGO
ACESSÍVEL AO OPERADOR
PAINEL AUXILIAR
NÃO ACESSÍVEL AO OPERADOR
PAINEL AUXILIAR
NÃO ACESSÍVEL AO OPERADOR
MONTADO NO CAMPO OU ÁREA
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 31
Operador
Instrumentista
Acessibilidade
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 32
Área industrial ou campo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 33
Área industrial ou campo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 34
Área industrial
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 35
Sala de controle convencional
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 36
Estação de Operação Digital
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 37
Linhas de interligação
Sinal indefinidoSinal eletrônico, 4 a 20 mA ccSinal pneumático, 20 a 100 kPa
Comunicação digital ou configuraçãoTubo capilarLinha de processo
Sinal eletrônico, binário
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 38
Identificação do instrumento
Conjunto alfanumérico incluindo Variável do processo (1a letra) Função do instrumento (2a letra) Modificadores da 1a e 2a letra Número da malha
Exemplos:
TIC 201 FRQI 503 LSHH 29
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 39
Variável do instrumento
Variável inicializada ou medida Análise (A) - análise não é função:
analisador (?) Vazão (F) Nível (L) Pressão (P) Temperatura (T)
Modificadores (da 1a ou 2a letra) Diferencial (D), Fração (F), Varredura (J),
Segurança (S), Alta (H), Baixa (L)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 40
Função do instrumento
Controle (quase) sempre tem Indicação FIC = FC
Totalização e Indicação de Vazão quase sempre estão associadas FIQ = FQI, FQ
Transmissor pode ter indicação local da variável FIT, TIT
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 41
Malha: simbologia completa
PT211
½"
0-300 #
PIC
211
S.P.
C-#2(PI)PAH
dp/dtAO-21AI-17
PY211
AS
AS P
PCV211
FC
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 42
Malha: simbologia simplificada
PIC
211
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 43
P&I (pienai)
Acróstico de Piping and Instruments ou Process and Instruments
Diagrama básico que mostra os símbolos dos instrumentos, tubulações e equipamentos do processo
Documento básico para o instrumentista ver a interação do instrumento com o processo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 44
P&I
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 45
P&I
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 46
Especificações dos Instrumentos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 47
Especificações dos Instrumentos
Propriedades (Features) Atributo com atração especial: alta precisão
Especificações (Specs) Descrição quantitativa: precisão ±0,5% v.m. Lista organizada de exigências básicas
Características Descrição do desempenho útil à aplicação,
não cobertas pela garantia do produto
48Marco Antonio Ribeiro13/04/23
Características e Propriedades Condições de operaçãoEspecificações funcionaisEspecificações físicasEspecificações de desempenhoEspecificações de segurança
Especificações dos Instrumentos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 49
Especificações funcionais (1/2) Tipo do sinal de saída Ação da saída Tipos de ajuste de zero Tipos e modos de amortecimento dos sinais Limites de faixa, amplitude de faixa e
sobrefaixa Limites da pressão estática do instrumento Pressão de prova (proof pressure) Tempo de resposta do instrumento, depois
de ligado
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 50
Especificações funcionais (2/2)
Posição de montagem Fiação de alimentação e de sinal Exigências e limitações da alimentação Comunicações remotas Proteção contra alta voltagem e
transientes Faixa de freqüência do sinal de entrada Mínima e máxima velocidade mensuráveis
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 51
Sinais padrão de Instrumentação
Sinal contem a informação Alimentação contem a energia
Analógico pneumático: 20 a 100 kPa Analógico eletrônico: 4 a 20 mA cc Protocolo digital: HART, Fieldbus
Foundation, Modbus, Profibus, Ethernet, ...
Binário: 0 ou 1
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 52
Protocolos digitais típicos
Dispositivo
Fie
ldb
us
Fo
un
da
tion
H2
Pro
fibu
sW
orl
dF
IP
Discreto Contínuo
Processo
Negócios
Controle
Sensor
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F
MS
Pro
fib
us
D
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AS
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iple
x
CAN
SD
S
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 53
Especificações físicas
As especificações físicas definem Dimensões Peso Cor (pintura) Materiais do invólucro e peças secas Materiais das peças molhadas do
instrumento
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 54
Desempenho metrológico
Desempenho metrológico é o funcionamento previsível dentro da exatidão e precisão nominal
O desempenho da exatidão é conseguido através de calibrações periódicas e o da precisão, através da manutenção adequada
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 55
Integridade do instrumento
Propriedade de um instrumento se manter inteiro, completo, resistente e firme no seu funcionamento
Integridade ameaçada por meio ambiente (sólidos e líquidos) degradação natural falha crítica distúrbio na alimentação
Integridade garantida pela classificação mecânica correta do invólucro (NEMA N1) ou IEC Ingress Protection (N1N2)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 56
Integridade e ambiente
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 57
Classificação mecânica
Depende do local de montagem NEMA (EUA): número de 0 a 13
Uso interno e externo Prova de, resistente a, vedado a
IEC IP (529/1976) e NBR 6146 (1990): 2 números (0 a 6) (0 a 8) mais letra adicional (S, M, W) Proteção contra sólidos Proteção contra líquidos Não trata de danos mecânicos, corrosão,
risco de explosão, fungos e animais daninhos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 58
1 o T e s t e G r a u d e P r o t e ç ã o 2 o T e s t e G r a u d e P r o t e ç ã o0 S e m p r o t e ç ã o d e p e s s o a s c o n t r a
c o n t a t o c o m p e ç a s v i v a s o u m ó v e i sd e n t r o d o i n v ó l u c r o .N e n h u m a p r o t e ç ã o d o e q u i p a m e n t oc o n t r a i n g r e s s o d e c o r p o s s ó l i d o se s t r a n h o s
0 S e m p r o t e ç ã o
1 P r o t e ç ã o c o n t r a c o n t a t o a c i d e n t a lo u i n v o l u n t á r i o c o m p e c a s m ó v e i so u v i v a s d e n t r o d o i n v ó l u c r o p o ru m a g r a n d e s u p e r f í c i e d o c o r p oh u m a n o , p . e x . , u m a m ã o m a s s e mp r o t e ç ã o c o n t r a a c e s s o d e l i b e r a d od e t a i s p a r t e s .P r o t e ç ã o c o n t r a i n g r e s s o d e c o r p o ss ó l i d o s e s t r a n h o s d e t a m a n h og r a n d e
1 P r o t e ç ã o c o n t r a g o t a s d e á g u ac o n d e n s a d a .G o t a s d e á g u a c o n d e n s a d a c a i n d on o i n v ó l u c r o n ã o t e m n e n h u m e f e i t on o c i v o
2 P r o t e ç ã o c o n t r a c o n t a t o c o m p e c a sm ó v e i s o u v i v a s d e n t r o d o i n v ó l u c r op e l o s d e d o s .P r o t e ç ã o c o n t r a i n g r e s s o d e c o r p o ss ó l i d o s e s t r a n h o s d e t a m a n h om é d i o
2 P r o t e ç ã o c o n t r a g o t a s d e l í q u i d o .G o t a s d e l í q u i d o c a i n d o n o i n v ó l u c r on ã o t e m n e n h u m e f e i t o n o c i v o ,q u a n d o o i n v ó l u c r o e s t á d e s l o c a d od e u m â n g u l o d e a t é 1 5 o d a v e r t i c a l
3 P r o t e ç ã o c o n t r a c o n t a t o c o m p e c a sm ó v e i s o u v i v a s d e n t r o d o i n v ó l u c r op o r f e r r a m e n t a s , f i o s o u o u t r o so b j e t o s d e e s p e s s u r a m a i o r q u e 2 , 5m mP r o t e ç ã o c o n t r a i n g r e s s o d e c o r p o ss ó l i d o s e s t r a n h o s d e t a m a n h op e q u e n o
3 P r o t e ç ã o c o n t r a c h u v a .A á g u a c a i n d o d a c h u v a e m u mâ n g u l o i g u a l o u m e n o r q u e 6 0 o c o mr e l a ç ã o à v e r t i c a l n ã o t e r á n e n h u me f e i t o n o c i v o .
4 P r o t e ç ã o c o n t r a c o n t a t o c o m p e c a sm ó v e i s o u v i v a s d e n t r o d o i n v ó l u c r op o r f e r r a m e n t a s , f i o s o u o u t r o so b j e t o s d e e s p e s s u r a m a i o r q u e 1m mP r o t e ç ã o c o n t r a i n g r e s s o d e c o r p o ss ó l i d o s e s t r a n h o s d e t a m a n h op e q u e n o
4 P r o t e ç ã o c o n t r a b o r r i f o .A l i q u i d o b o r r i f a d o d e q u a l q u e rd i r e ç ã o n ã o t e r á n e n h u m e f e i t on o c i v o .
5 P r o t e ç ã o c o m p l e t a c o n t r a c o n t a t oc o m p e c a s m ó v e i s o u v i v a s d e n t r od o i n v ó l u c r o . P r o t e ç ã o c o n t r ad e p ó s i t o s n o c i v o s d e p ó . O i n g r e s s od e p ó n ã o é t o t a l m e n t e e v i t a d o , m a so p ó n ã o p o d e e n t r a r e m q u a n t i d a d es u f i c i e n t e p a r a i n t e r f e r i r c o m ao p e r a ç ã o s a t i s f a t ó r i a d oe q u i p a m e n t o e n v o l v i d o .
5 P r o t e ç ã o c o n t r a j a t o s d ' á g u a .A á g u a p r o j e t a d a p o r u m b o c a l d eq u a l q u e r d i r e ç ã o s o b c o n d i ç õ e sd e t e r m i n a d a s n ã o t e r á n e n h u m e f e i t on o c i v o .
6 P r o t e ç ã o c o m p l e t a c o n t r a c o n t a t oc o m p e c a s m ó v e i s o u v i v a s d e n t r od o i n v ó l u c r o . P r o t e ç ã o c o n t r ai n g r e s s o d e p ó .
6 P r o t e ç ã o c o n t r a c o n d i ç õ e s d e d e c kd e n á v i o ( e q u i p a m e n t o v e d a d o aá g u a ) . A á g u a d e m a r p r o f u n d o n ã oe n t r a n o i n v ó l u c r o s o b c o n d i ç õ e sd e t e r m i n a d a s
7 P r o t e ç ã o c o n t r a i m e r s ã o e m á g u a .N ã o d e v e s e r p o s s í v e l a e n t r a d a d eá g u a n o i n v ó l u c r o s o b c o n d i ç õ e sd e t e r m i n a d a s d e p r e s s ã o e t e m p o .
8 P r o t e ç ã o c o n t r a i m e r s ã o i n d e f i n i d ae m á g u a , s o b c o n d i ç õ e sd e t e r m i n a d a s d e p r e s s ã o . N ã o d e v es e r p o s s í v e l a e n t r a d a d ' á g u a n oi n v ó l u c r o .
IEC IP
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 59
NEMA
NEMA 1 uso geralNEMA 2 a prova de respingosNEMA 3 a prova de tempoNEMA 4 vedado a jatos d'águaNEMA 5 vedado a poeiraNEMA 6 uso imersoNEMA 7 a prova de explosão, Classe INEMA 8 prova de explosão, contato em óleoNEMA 9 a prova de explosão, Classe IINEMA 10 a prova de explosão, minasNEMA 11 resistente a ácidosNEMA 12 resistente a choque mecânico leveNEMA 13 a prova de poeira, não vedado.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 60
Conversão NEMA para IEC IP
NEMA IEC1 IP 102 IP 113 IP 543R IP 143S IP 544 e 4X IP 565 IP 526 e 6P IP 6712 e 12K IP 5213 IP 54
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 61
Prova de tempo
Equipamento, invólucro ou instrumento que funciona normalmente, sem nenhuma outra proteção adicional, ao ar livre, na presença de sol, chuva, neve, orvalho, poeira, vento e outras intempéries
Corresponde à classificação de NEMA 4 e IEC IP 45
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 62
Prova de tempo - invólucros
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 63
Segurança e Instrumentação
A presença de um instrumento elétrico no local onde ele é montado não pode aumentar o risco da área
Quando uma área é classificada (de risco), por norma, um instrumento elétrico deve ter classificação elétrica compatível com a da área
Em área classificada o instrumento elétrico deve ter uma proteção especial
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 64
Local de Risco (classificado)
Porção da planta onde líquidos voláteis combustíveis ou flamáveis, vapores, gases ou pós ou fibras podem estar presentes no ar em quantidades suficientes para provocar misturas explosivas ou ignitáveis
Classificar uma área é lhe atribuir parâmetros relacionados com a Classe, Grupo e Zona
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 65
Classificação de Áreas
Classificar área é atribuir: Classe (físico ) Grupo (química)
I (Gás) Grupo A (acetileno) Grupo B (hidrogênio + 6 gases)
Grupo C (etileno + 16 gases)Grupo D (metano + 44 gases)
II (Pó) Grupo E (metálicos: Al, Mg, Ti, ...) Grupo F (carbonáceos: carvão, coque, ..)
Grupo G III (Fibra)
Divisão ou Zona (probabilidade) 0 (100% de presença) 1 (alta probabilidade) 2 (baixa probabilidade)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 66
Área classificada
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 67
Classificação de Áreas
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 68
Classificação elétrica do instrumento
Depende da classificação do local de montagem (Classe, Grupo, Zona)
Principais proteções especiais: Flare Prova de explosão ou prova de chama Segurança intrínseca Segurança aumentada Não incenditivo Purga ou pressurização
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 69
Técnicas de Proteção
IGNIÇÃO PERMITIDA
Controle da atmosfera flamável
IGNIÇÃO EVITADA
Sem fonte de energia
Controle da composição
Purga ou pressurização
Seleção do local Encapsulamento
Imersão em óleo
Enchimento de areia
Respiração restrita
Isolação da fonte Controle da concentração
Segurança aumentada
Segurança intrínseca
Prova de explosão ou
Prova de chama
Ignição contínuaou Flare
Não incenditivo
70Marco Antonio Ribeiro13/04/23
Tipos de Proteção
Tipo de Proteção Ex IEC NBR EUA
Uso geral 79-0 9518 NEC
Prova de explosão ou de Chama d 79-1 5363 UL 698/886
Segurança aumentada e 79-7 9883 Não aceita
Segurança intrínseca i 79-11 8446/8447 NFPA 493/UL 913
Hermeticamente selado h 3-36 FM 3610
Encapsulamento (potting) m 79-5 EN 50017
Não incenditivo (no-sparking) n 31-49 Não aceita
Imersão em óleo o 79-6 8601 UL 698
Pressurização ou Purga p 79-2 e 79-13 169 NFPA 496 e ISA 12.4
Enchimento de areia q 79-5 Não aceita
Especial s
Placa protegida
Respiração restrita Suíça BS 4137
Instalação 79-14 158 NFPA 70 e ISA RP 12.6
Tipo de Proteção Ex IEC NBR EUA
Uso geral 79-0 9518 NEC
Prova de explosão ou de Chama d 79-1 5363 UL 698/886
Segurança aumentada e 79-7 9883 Não aceita
Segurança intrínseca i 79-11 8446/8447 NFPA 493/UL 913
Hermeticamente selado h 3-36 FM 3610
Encapsulamento (potting) m 79-5 EN 50017
Não incenditivo (no-sparking) n 31-49 Não aceita
Imersão em óleo o 79-6 8601 UL 698
Pressurização ou Purga p 79-2 e 79-13 169 NFPA 496 e ISA 12.4
Enchimento de areia q 79-5 Não aceita
Especial s
Placa protegida
Respiração restrita Suíça BS 4137
Instalação 79-14 158 NFPA 70 e ISA RP 12.6
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 71
Prova de explosão (Ex-d)
Equipamento, invólucro ou instrumento que evita que uma explosão ou chama interna se propague para o ambiente exterior, devido à sua estrutura mais robusta e a pequenos espaçamentos entre peças criticas.
Também chamado de prova de chama.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 72
Atmosfera perigosa
Interstício
Comprimento da junção
Prova de explosão - (Ex-d)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 73
Prova de explosão - (Ex-d)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 74
É possível compatibilizar proteção elétrica de prova de explosão com proteção de integridade de prova de tempo, embora complicado e difícil
NEMA 7: simultaneamente prova de tempo e prova de explosão
IEC IP trata distintamente os dois critérios
Prova de explosão - (Ex-d)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 75
Pressurização (Ex-p)
Classe de proteção aplicada a ambiente, instrumento e equipamento elétrico, onde se aplica um gás inerte em uma pequena pressão positiva.
A pressão positiva interna impede a entrada de gases inflamáveis ou explosivos no interior.
Pressurização (enfoque de pressão) é também chamada de purga (vazão)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 76
Atmosfera perigosa
P Atmosfera inerte
Pressurização (Ex-p)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 77
Segurança aumentada (Ex-e)
Equipamento ou instrumento que evita o aparecimento de faísca interna, através de um projeto e montagem especiais.
Classe de proteção só permitida em ambiente de Zona 2.
Não pode ser usado em Zona 0 ou 1. Segurança aumentada (Europa) é
equivalente a não incenditivo (EUA)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 78
Não incenditivo (Ex-n)
Equipamento que em sua condição normal de operação não provoca a ignição de uma atmosfera perigosa específica em sua concentração mais facilmente ignitável.
Equipamento não incenditivo só pode ser usado em área segura e de Zona 2
Também chamado de não faiscador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 79
Não incenditivo (Ex-n) ouSegurança aumentada (Ex-e)
Atmosfera perigosa
Zona 2
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 80
Segurança intrínseca (Ex-i)
Classe de proteção em que o sistema e a fiação são incapazes de liberar energia elétrica ou termal, sob condições normais e anormais, para causar ignição de uma mistura atmosférica específica em sua concentração mais facilmente ignitável.
A segurança intrínseca se baseia em colocação de barreiras de energia elétrica entre as áreas de risco e segura.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 81
CV
R LAtmosfera perigosa
Barreira SI
Área segura
Segurança intrínseca (Ex-i)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 82
Z
Barreira de S.I.
V
R R
Z
F
Área segura
Atmosfera perigosa
Segurança intrínseca (Ex-i)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 83
Segurança intrínseca (Ex-i)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 84
Especificação de segurança
Laboratório de Teste, Tipo de Proteção eClassificação de Área
Condições de Aplicação Código
CENELEC, Segurança intrínseca, Gás Grupo IIC,Zona 0
Classe de Temperatura T4-T6 E
CENELEC, Prova de chama, Gás Grupo IIC, Zona 1 Classe de Temperatura T6 DEuropa, não faiscador, Zona 2 Classe de Temperatura T4-T6 NCSA, Segurança intrínseca, Classe I, Divisão 1,Grupos A, B, C e D, Classe II, Divisão 1, Grupos E, Fe G e Classe III, Divisão 1
Classe de Temperatura T6 emambiente máximo de 40 oC e T4 emambiente máximo de 85 oC
C
CSA, Prova de explosão para Classe I, Divisão 1,Grupos B, C e D e a prova de ignição de pó paraClasse II, Div. 1, Grupos E, F e G e Classe III, Div. 1CSA, Não incenditivo para Classe I, Divisão 2,Grupos B, C e D e a prova de ignição de pó paraClasse II, Div. 1, Grupos E, F e G e Classe III, Div. 2
Ligar a fonte não excedendo 42,4 V.Classe de Temperatura T6 emambiente máximo de 40 oC e T4 emambiente máximo de 85 oC
FM, Segurança intrínseca, Classe I, Divisão 1,Grupos A, B, C e D, Classe II, divisão 1, Grupos E, Fe G e Classe III, Divisão 1
Classe de Temperatura T6 emambiente máximo de 40 oC e T4 emambiente máximo de 85 oC
F
FM, Prova de explosão para Classe I, Divisão 1,Grupos B, C e D e a prova de ignição de pó paraClasse II, Div. 1, Grupos E, F e G e Classe III, Div. 1
Classe de Temperatura T6
FM, Não incenditivo para Classe I, Divisão 2, GruposB, C e D e a prova de ignição de pó para Classe II,Divisão 1, Grupos E, F e G e Classe III, Divisão 2
Ligar a fonte não excedendo 42,4 V.Classe de Temperatura T6 emambiente máximo de 40 oC e T4 emambiente máximo de 85 oC
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 85
Características desejáveis
Característica1 Alta exatidão2. Alta confiabilidade (qualidade)3. Durabilidade – robustez4. Pouca e fácil manutenção5. Alta precisão (repetitividade)6. Facilidade de limpeza7. Suportar poeira8. Facilidade de instalação9. Facilidade de configuração10 Facilidade de uso11 Saída de 4 a 20 mA cc12 Resistência à intempérie
Fonte: ISA Intech, Abr 1997
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 86
Funções de Instrumentos
Marco Antônio Ribeiro
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 87
Funções de Instrumentos
Elemento Sensor Condiconador de sinal Transmissor Display
Indicador Registrador Contador
Controlador Atuador final: válvula de controle
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 88
Elemento sensor
Parte do instrumento que detecta a variável, convertendo-a em outra mais usável
Entrada do sensor: variável do processo Força (peso) Posição Queima (combustão) Tempo Torque Umidade Vibração
PressãoTemperaturaNívelVazãoAnálise Velocidade Densidade
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 89
Sensor de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 90
Sensor de temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 91
Sensor de vazão volumétrica
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 92
Sensor de vazão mássica
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 93
Fatos sobre o sensor
Nem sempre está em contato direto Nem sempre é linear Pode afetar valor da variável medida Sempre contribui com incerteza Pode ser fisicamente distribuído Pode ser mais de um
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 94
Transmissor
Instrumento que sente a variável de processo e gera na saída um sinal padrão proporcional ao valor da variável medida
Aplicações Uso remoto do sinal Padronização do sinal Isolação do sinal
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 95
Transmissor
Sinais padrão Eletrônico: 4 a 20 mA cc Pneumático: 20 a 100 kPa Digital (?): Hart, Fieldbus, Modbus
Locais de montagem Área industrial (campo) Sala de controle (painel cego)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 96
Transmissor d/p cell
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 97
Fatos sobre o transmissor
Nem sempre é usado (opcional) Nem sempre está no campo Sua saída é linear com a entrada, mas nem
sempre é linear com a variável medida Sempre contribui com incerteza Sempre requer alimentação elétrica (da
sala de controle) ou pneumática Às vezes é chamado de outro nome
(errado)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 98
Transmissor inteligente
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 99
Fatos do transmissor inteligente
Quando microprocessado pode ter saídas analógica (4 a 20 mA cc) e digital (HART®), porém, nem todo protocolo digital pode ser superposto ao sinal analógico
Pode ser controlador, computador de vazão Pode ter mais de um sensor (e. g., P, P e
T) Pode ser calibrado à distância (pelo HHT) Pode fazer auto-diagnóstico (tem memória)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 100
Transmissor descartável
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 101
Transmissor montado em armário
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 102
Transmissor de vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 103
Condicionador de Sinal Torna mais conveniente o sinal de saída do
sensor para operar o instrumento receptor Tipos
Link mecânico Cabo elétrico Fluido: hidráulico ou pneumático Componente eletrônico: potenciômetro,
capacitor, indutor Instrumento isolado (stand alone)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 104
Condicionador Eletrônico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 105
Mostrador do Sinal (Display)
Tipos de mostradores de sinal Indicador Registrador Controlador (Indicador) Totalizador (Contador)
Modos de apresentação Analógico Digital
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 106
Indicador
Instrumento que sente a variável e apresenta o seu valor instantâneo Analógico: escala + ponteiro (um móvel, outro fixo) Digital: números em LED, LCD, TRC
Precisão (resolução) Maior escala e número de divisões Maior número de dígitos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 107
Campo
Painel
Indicadores analógicos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 108
Escalas do indicador analógico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 109
Tamanho da escala e precisão
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 110
Tamanho da escala e precisão
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Leitura: 5,4 ± 0,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Leitura: 5,36 ± 0,05
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 111
Erro de paralaxe no analógico
Evita-se ficando perpendicular à escala espelhada
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 112
Indicadores digitais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 113
Conceito de 1/2 dígito
Número de dígitos e precisão
3 dígitos 0 a 9,99 0 a 10,0
3 ½ dígitos 0 a 10,00 0 a 19,99 0 a 20,0
4 dígitos 0 a 9,999 0 a 10,00 0 a 20,00
9 9 9
1 9 9 9
9 9 9 9
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 114
Erro de quantização
Sempre considerar, no mínimo, ± 1 dígito no valor lido
±1 dígito9 9 9
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 115
Registrador
Instrumento que sente a variável e imprime valor histórico ou de tendência da variável em um gráfico através de uma pena
Especificações Número de penas Registro contínuo ou ponto Enrolamento do gráfico Tipo de pena Acionamento do gráfico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 116
Registrador Certamente, o instrumento que mais
evoluiu na Instrumentação: atualmente é um computador em caixa de registrador
Registrador microprocessado (inteligente) Imprime tabelas Imprime relatórios Imprime lista de alarmes correntes Apresenta valores instantâneos em displays
digitais
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 117
Registrador mecânico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 118
Registrador microprocessado
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 119
Controlador
Instrumento que 1. Recebe a medição de uma variável 2. Recebe um ponto de ajuste 3. Compara-os e 4. Gera automaticamente um sinal de saída para atuar o elemento final para manter a medição igual ou em torno
do ponto de ajuste
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 120
Controlador de campo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 121
Controlador de painel
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 122
Controlador single loop
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 123
Controlador virtual
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 124
Válvula de Controle
Válvula é uma dispositivo que altera a passagem de um fluido em seu interior
Válvula pode ser acionada automaticamente ou manualmente
Válvula é aplicada em tubulações de entrada e saída de vasos, tanques, reatores e containeres
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 125
Tipos de Válvulas
Controle de controle proporcional Controle de controle liga-desliga (on-
off) Retenção (check) Bloqueio (stop) Alivio e segurança (safety) Limitadora de vazão Excesso de vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 126
Válvula de controle altera a passagem de um fluido em seu interior de conformidade com o sinal proveniente de um controlador
Pode estar entre 0 e 100% de abertura Controle liga-desliga: 0 ou 100% Funções da válvula de controle
Conter o fluido do processo Responder ao sinal do controlador Variar a passagem do fluido manipulado Absorver a queda variável da pressão
Válvula de Controle
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 127
Válvula de controle é atuada pelo sinal que tipicamente vem do controlador
Válvula de controle não requer alimentação
Válvula de controle não é de vedação Válvula com atuador pneumático é ainda
o elemento final de controle mais usado Simples Seguro Barato Rápido
Válvula de Controle
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 128
Válvula de Controle
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 129
Acessórios da válvula
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 130
Acessório da válvula: posicionador
Posicionador: controlador de posição que estabelece uma abertura biunívoca da válvula com relação ao sinal do controlador
Aplicação é justificada: Eliminar histerese da válvula Dividir a faixa de controle da válvula Eliminar os efeitos do atrito do engaxetamento Apressar a resposta da válvula
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 131
Posicionador da válvula
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 132
Acessórios da válvula: i/p
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 133
Válvula auto-operada ou regulador
O regulador é uma válvula de controle com um controlador embutido
Ele é operado pela energia do próprio fluido sendo controlado e não necessita de fonte externa de energia
O regulador é chamado de válvula auto-operada, auto-regulada, reguladora
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 134
Válvula reguladora de pressão
Dispositivo mecânico que controla a pressão a jusante da válvula, sem alimentação externa
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 135
Válvula reguladora de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 136
Válvula reguladora de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 137
Válvula de segurança de pressão
Dispositivo mecânico que controla a pressão a montante da válvula, para proteger sistemas de alta pressão ou vácuo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 138
Disco de ruptura
Dispositivo mecânico que se rompe, controlando a pressão a montante dele, para proteger sistemas de alta pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 139
Disco de ruptura e válvula de segurança
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 140
Medição das Variáveis
Marco Antônio Ribeiro
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 141
Variável de processo Quantidade física que altera seu valor
em função de outra quantidade e em relação ao tempo ou espaço
Dependendo do valor da variável, o operador: Altera o ponto de ajuste do controlador Atua manualmente no processo Liga ou desliga equipamento
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 142
Variável de processo
Quantidades típicas medidas Pressão Temperatura Nível Vazão Miscelânea: análise, densidade,
velocidade, peso, viscosidade
95%
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 143
Fonte: InTech Maio, 1999
Vazão41%
Temperatura30%
Nível16%
Pressão13%
Variáveis de processo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 144
Medição da Quantidade
Medição é um conjunto de operações para determinar o valor de uma quantidade
Expressão da medição: Resultado: valor atribuído Unidade e símbolo Incerteza Probabilidade relacionada com os limites da
incerteza
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 145
Resultado da medição
Resultado de medição de temperatura:(24,2 ± 0,4) oC24,2 é a melhor estimativa (média) oC é o símbolo da unidade de temperatura0,4 é a incerteza associada95,4% é a probabilidade que uma medição caia entre 23,8 e 24,6 oC, se o desvio padrão for igual a 0,2 oC
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 146
Pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 147
Pressão
Conceito: força/área Unidades SI: pascal, símbolo Pa
Pa = N/m2 , Usados também kPa, MPaNão SI: kgf/cm2, psi, mm H2O
Símbolos associados: PI, PG, PR, PSL, PSH, PIC
Sensores mecânicos:Bourdon C, fole, espiral, helicoidal
Sensores elétricos:strain gauge e cristal piezelétrico
Padrões de pressão:Bomba peso morto, Manômetro padrão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 148
Pressão
Pressão é controlada principalmente por segurança
Em medição de vazão de gás, pressão é medida para compensação do volume
Pressão é relativamente fácil de medir e de controlar
Há pouca novidade ou evolução na medição de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 149
Terminologia da Pressão
Pressão absoluta Pressão manométrica ou
relativa Pressão atmosférica Pressão diferencial Pressão de vácuo Pressão estática Pressão hidrostática Pressão de vapor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 150
Pressão
Pressão Atmosférica
Zero Absoluto
Pressão manométrica
Pressão absoluta
Pressão atmosférica
Pressão absoluta
Vácuo ou pressão manométrica negativa
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 151
Sensores mecânicos: sentem pressão e geram movimento, força ou deslocamento Coluna líquida Bourdon C, Espiral, Helicoidal, Fole, Diafragma
Sensores eletrônicos: sentem pressão e geram milivoltagem ou variam R, L ou C Cristal piezoelétrico Strain gage
Sensores de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 152
Fole
Sensores de pressão
4 cm H2O
Coluna
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 153
Manômetro, PI ou PG
Bourdon C
Escala
Psi?! BRRRRR......
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 154
Strain gauge
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 155
Pressostato
Chave automática atuada pelo valor da pressão
PSL ou PSH (alarme) PSLL ou PSHH (intertravamento) Não é sensor (possui) Não é indicador (opcional)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 156
Pressostato
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 157
Padrões de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 158
Padrões de pressão: master
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 159
Padrão de pressão portátil
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 160
Medição de Temperatura
Marco Antônio Ribeiro
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 161
Temperatura Conceito:
Propriedade de um objeto que determina a direção do fluxo de calor (energia) quando ele é colocado em contato com outro: energia vai do ponto mais quente para o mais frio
Temperatura termodinâmica: ponto triplo da água igual a 273,16 K
Unidade SI: Recomendada: kelvin, símbolo K Uso industrial: grau Celsius (oC)
Símbolos: TI, TR, TJI, TJR, TSL, TSH, TAL, TAH, TIC
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 162
Temperatura
Variável de qualidade Em medição de vazão de gás, temperatura
é medida para compensação do volume Temperatura é relativamente difícil de
medir e de controlar, pois tem o mais amplo espectro de dificuldade, de liga-desliga a PID
Há pouca novidade ou evolução na medição de temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 163
Escala de Temperatura
OC = (oF - 32)/1,8
F=1,8C+32
Escala Farenheit (Rankine)
32 (492)
-460 (0)
0 (273)
oC (K) oF (oR)
212 (672)100 (373)
sensor
180(180)100 (100)
-273 (0)
Escala Celsius (Kelvin)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 164
Pontos primários da IPTS (1990)
# Ponto de Equilíbrio K OC1 Triplo do Hidrogênio 13,81 -259,342 Fase L/V Hidrogênio 17,042 -256,1083 Ebulição Hidrogênio 20,28 -252,874 Ebulição do Néon 27,102 -246,0485 Triplo do Oxigênio 54,361 -218,7896 Ebulição Oxigênio 90,188 -182,9627 Triplo da Água 273,16 0,018 Ebulição da Água 373,17 100,09 Liquefação do Zinco 692,73 419,5810Liquefação da Prata 1235,08 961,9311Liquefação do Ouro 1337,58 1064,43
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 165
Sensores de temperatura
Mecânicos: Bimetal Enchimento termal Haste de vidro
Elétricos Termopar Resistência Detectora de Temperatura
(RTD) Termistor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 166
Faixas e sensores
Método Faixa de Medição (oC) Termopares -200 a 1700 Enchimento Termal -195 a 760 Resistência Detectora -250 a 650 Termistores -195 a 450 Pirômetros Radiação -40 a 4 000
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 167
Sensores mecânicos Sensores mecânicos são usados
apenas em indicações locais São relativamente caros de comprar Indicadores com sensores mecânicos
geralmente não requerem alimentação externa para funcionar
Difíceis de serem integrados em sistemas digitais de coleta de dados
Incerteza associada é de ruim para média
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 168
Sensor de temperatura a bimetal
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 169
Enchimento termal
Bulbo
Capilar
Caixa do instrumento
Sensor de pressão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 170
Sensores elétricos Sensores elétricos são os mais usados Fáceis de serem integrados em
sistemas digitais de coleta de dados Há módulos I/O para termopar ou RTD
Incerteza associada é de média para excelente
Instalação é mais complexa e requer mais cuidados que a dos sensores mecânicos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 171
Termopar ou RTD
Conector
Corte do invólucro de termopar ou RTD
PoçoCabeçoteTampa
Sensor
TCResistência
Junção
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 172
Termopar
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 173
Operação do termopar
Termopar gera uma tensão contínua que é função de Diferença de temperatura entre a junção
de medição e a junção de referência Tipo do termopar usado Homogeneidade dos metais
As instalações de termopar requerem calibrações e inspeções periódicas para verificação do estado dos fios termopares
A degradação do termopar introduz erros na medição.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 174
Vantagens do termopar Custo do sensor é menor Tamanho do elemento sensor é menor
Tempo de resposta menor Mais conveniente para montagem
Meios de calibração são mais fáceis Verificações de calibração mais fáceis
Auto-verificável, quando se tem o dispositivo de proteção de queima (burn-out) do termopar)
Flexibilidade para modificação do circuito, para medição de soma ou subtração de temperaturas
Larguras de faixas medidas são maiores
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 175
Desvantagens do termopar Característica temperatura x militensão
não é linear totalmente Sinal de militensão pode captar ruídos na
linha de transmissão Circuito de medição é polarizado, quando
o da resistência não o é Requer circuito de compensação das
variações da temperatura ambiente Junta de medição pode se deteriorar, se
oxidar e envelhecer com o tempo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 176
Resistência Detectora de Temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 177
Operação do RTD
RTD – Detector de Temperatura a Resistência – varia a resistência elétrica em função da temperatura
Materiais do RTD: Platina: padrão
Disponível em elevado grau de pureza, Resistente à oxidação, mesmo à alta temperatura, Grande ductilidade
Cobre Níquel Termistor – semicondutor com coeficiente
termal negativo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 178
Vantagens do RTD Altíssima precisão Não apresenta polaridade (+) e (-) Apropriada para medição de temperatura
média enquanto o termopar é adequado para medição de temperaturas em um ponto
Capaz de medir largura de faixa estreita; de até 5 oC
Mantém-se estável, precisa e calibrada durante muitos anos
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 179
Desvantagens do RTD Alto custo Bulbos maiores, Tempo de resposta é mais demorado, Auto-aquecimento da resistência
constitui um problema Exigência de fiação com 3 ou 4 fios
para a compensação da temperatura ambiente.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 180
Termômetro óptico ou de radiação
Pirômetro de radiação baseia-se na teoria quântica de Planck e da lei de Stefan-Boltzmann para a energia total irradiada
Terminologia: Pirômetro de radiação Termômetro de radiação Pirômetro óptico Termômetro infravermelho
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 181
Aparência física do pirômetro óptico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 182
Vantagens do termômetro de radiação Não requer contato físico com o
material cuja temperatura está sendo medida
Rápida velocidade de resposta, podendo ser usado em alvo móvel
Pode ver pequenos alvos (1,6 mm de diâmetro) ou medir a temperatura média sobre uma grande superfície
Mede altíssimas temperaturas, até 4000 oC, quando termopar vai até 1700 oC.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 183
Desvantagens do termômetro radiação Mais frágil e mais caro que
termopares, RTDs e termistores Leitura (escala) não linear por causa
da relação de quarta potência de T Emissividade do alvo pode causar
uma leitura menor que a verdadeira, se não houver correção
Só pode medir grande amplitude de faixa
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 184
Sensor, bulbos e poços
Sensor detecta a variável Bimetal, Haste de vidro, Termopar, RTD
Bulbo protege o sensor ou contém o fluido
Poço conveniência da operação e manutenção: receptáculo do bulbo
Colocação de bulbo e poço introduz atraso e erro
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 185
Sensor, bulbos e poços
BulbosBulbosPoçosPoços
SensorSensor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 186
Transmissor Descartável de Temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 187
Transmissor Eletrônico de Temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 188
Transmissor Pneumático de Temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 189
Transmissor Inteligente de Temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 190
Registrador de Temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 191
Termostato
Chave automática atuada pelo valor da temperatura
TSL ou TSH (alarme) TSLL ou TSHH (desarme) Não é sensor (possui) Não é indicador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 192
Chave de temperatura a bimetal
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 193
Calibrador de temperatura
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 194
Volumétrica: volume por unidade de tempo
Mássica: massa por unidade de tempo Unidades: m3/s ou kg/s Símbolos associados:
FG FI FR FIC FrC ou FFC FQ FIQ FSL FSH FSLL ou FSHH
Vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 195
Vazão
Vazão é variável de quantidade, por excelência
Vazão é usada em transferência de custódia Vazão é relativamente difícil de medir Vazão é fácil de controlar, pois é rápida Há muita novidade ou evolução na medição
de vazão, que possui a maior variedade de sensores e métodos
Medidor da moda: ultra-sônico; ex: Coriolis
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 196
Volumétrico ou mássico Intrusivo ou não intrusivo Energia extrativa ou aditiva Linear ou não linear Constante K ou sem constante K Vazão instantânea ou acumulada Diâmetro total ou parcial (inserção)
Tipos de medidores de Vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 197
Custo de propriedade (incluir calibração) Fluido medido Desempenho requerido (precisão,
rangeabilidade) Perda de carga permissível Função necessária (FI, FR, FQ) Instalação Tecnologia empregada
Critérios de seleção do medidor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 198
Pressão diferencial (p) Placa, tubo venturi, pitot, Annubar, bocal
Turbina medidora Mecânica, convencional, inserção,
tangencial Magnético Deslocamento positivo
Engrenagens, pistão, disco nutante Área variável
Medidores Favoritos de Vazão (1)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 199
Efeito Coriolis Ultra-som Vortex Alvo (target) Termal Canal aberto
Medidores Favoritos de Vazão (2)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 200
Placa de orifício
Elemento sensor de vazão (FE), que gera um p proporcional ao quadrado da vazão volumétrica instantânea
Usado para líquidos, gases e vapor d’água
Aceito legalmente para custódia (AGA # 3)
Precisão do sistema: 0,5 a 5% do fundo de escala; típica de 2%
do f.s.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 201
Placa de orifício
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 202
Placa de orifício
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 203
Porta-placa de orifício
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 204
Placa de orifício
Vantagens: Facilidade de construção Facilidade de calibração (calibração de p) Grande disponibilidade de materiais de
construção Desvantagens:
Pequena rangeabilidade (3:1), por ser SQ RT Grande perda de carga permanente
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 205
Transmissor de Pressão Diferencial
Transmissor d/p cell associado à placa de orifício, FT
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 206
Diafragma ou Câmara Barton
Dispositivo de detecção da pressão diferencial gerada pela placa ou outro sensor a p
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 207
Turbina medidora de vazão
Princípio: rotor é acionado pela vazão e um detector da sua velocidade angular gera uma freqüência linearmente proporcional à vazão
Partes constituintes corpo - materiais e conexões rotor - número de palhetas mancais - líquidos e gases detector - mecânico, eletromagnético e RF
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 208
Turbina medidora de vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 209
Medidor a deslocamento positivo
Princípio de funcionamento: o Princípio de funcionamento: o fluido medido passa através do fluido medido passa através do medidor DP em volumes discretos medidor DP em volumes discretos conhecidos que são totalizados, conhecidos que são totalizados, mecânica ou eletricamente. mecânica ou eletricamente.
É um totalizador de vazão; cada É um totalizador de vazão; cada volume discreto gera um pulso.volume discreto gera um pulso.
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 210
Medidor a deslocamento positivo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 211
Medidor a DP é um medidor intrusivo, com energia extrativa, linear, com saída totalizada e com fator k de vazão volumétrica
Tipos: lâmina rotatória, pistão, disco, engrenagens ovais, lóbulo
Medidor a deslocamento positivo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 212
Vantagens Totalizador natural de vazão (FQ) Bom desempenho (linear)
Desvantagens Possui peças móveis que se desgastam Falha pode bloquear vazão Grande perda de carga Calibração requer padrão de vazão
Medidor a deslocamento positivo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 213
Medidor Magnético de Vazão Funcionamento: Tubo medidor detecta a
velocidade do fluido eletricamente condutor que passa no seu interior, gerando um sinal analógico ou digital com amplitude linearmente proporcional à vazão volumétrica.
Sistema Tubo medidor (FE) Transmissor de vazão (FT) Instrumento receptor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 214
Medidor Magnético de Vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 215
Bobinas de excitação criam campo magnético
Velocidade do fluido condutor gera fem Eletrodos detectam a fem gerada Revestimento impede que tensão gerada
entre em curto circuito Flanges são conexões à tubulação Cabo coaxial interliga tubo ao transmissor
Tubo do Medidor Magnético
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 216
Medidor Magnético de Vazão
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 217
Transmissor associado ao tubo
Gera sinal padrão proporcional à amplitude da fem gerada pelo tubo, portanto proporcional à vazão volumétrica
Impropriamente chamado de Conversor Opcionalmente saída de pulso para
totalizador Fiação:
Cabo coaxial na entrada, para o tubo Cabo comum trançado, para o receptor
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 218
Vortex é um medidor intrusivo, com energia extrativa , linear, com saída digital ou analógica e com fator k de vazão volumétrica
Funcionamento: probe provoca vórtices em uma freqüência que é proporcional à vazão volumétrica
Medidor de vazão tipo Vortex
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Vantagens Ótimo desempenho Grande rangeabilidade Alta estabilidade
Desvantagens Pouco conhecido Tamanhos limitados
Medidor de vazão tipo Vortex
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Medidor de vazão tipo Vortex
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 221
Medidor de vazão tipo Vortex
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Medidor de vazão Coriolis
Coriolis é um medidor não intrusivo, energia aditiva, linear, saída digital ou analógica e fator k de vazão mássica
Funcionamento: vazão passa por um tubo vibrante, aparece efeito Coriolis causando inclinação no tubo, que é medida e processada como um sinal proporcional à vazão mássica
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 223
Vantagens Bom desempenho, rangeabilidade e
estabilidade Pode medir densidade e viscosidade
Desvantagem Grande perda de carga Requer medição da temperatura
Medidor de vazão Coriolis
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Medidor de vazão Coriolis
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Medidor de vazão Coriolis
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Rotâmetro de área variável
Rotâmetro de área variável é um medidor intrusivo, com energia extrativa , linear, com indicação direta na saída e com fator k de vazão volumétrica
Funcionamento: vazão posiciona um flutuador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 227
Vantagens Medição local e direta da vazão Pequena perda de carga e pressão constante Pode compensar densidade e viscosidade
Desvantagens Aplicação com baixa pressão Precisão razoável para ruim
Rotâmetro de área variável
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Escala graduada
Rotâmetro de área variável
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 229
Medidor de vazão ultra-sônico
Ultra-sônico é um medidor não intrusivo, energia aditiva, linear, saída analógica e fator k de vazão volumétrica
Medidor da moda (anos 2000), com bom marketing e AGA Nr. 9
Princípios de funcionamento Efeito Doppler Tempo de trânsito ou diferença de tempo Diferença de freqüência
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 230
Vantagens Não intrusivo Pode ser portátil Pode ser externo ao tubo
Desvantagens Desempenho limitado Não mede todos os fluidos
Medidor de vazão ultra-sônico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 231
Medidor de vazão ultra-sônico
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 232
Nível
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 233
Nível Altura da coluna líquida ou de sólidos
granulados em um tanque ou reservatório Unidades
%, comprimento, volume ou massa
Símbolos: LG, LI, LR, LSL, LSH, LSLL, LSHH
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 234
Nível
Nível é uma variável de quantidade Nível também é usado como variável de
transferência de custódia Nível é relativamente fácil de medir Nível é relativamente fácil de controlar,
pois geralmente não requer medição igual ao ponto de ajuste
Há alguma novidade ou evolução na medição de nível: medição por radar
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 235
Medidores de Nível
Visor Bóia Pressão diferencial, borbulhamento, Deslocador
Móvel Imóvel
Arqueamento de tanques Radar
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 236
Visor de Nível Dispositivo com parede transparente,
geralmente com escala graduada, para indicar valor do nível de líquido visível
Vantagens: Simplicidade Baixo custo
Desvantagens Indicação local Fragilidade Pressão e temperatura limitadas Precisão: ruim a média
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Visor de Nível
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 238
Medição direta do nível, com uma bóia em contato direto com a superfície líquida
Bóia é presa por fita, passa por polia e ligada e uma escala invertida de nível de 100 a 0%
Vantagens: Simplicidade Baixo custo
Desvantagens: Necessita de selo, em tanque pressurizado Precisão de ruim a média (±1% f.e.)
Medição de nível com fita e bóia
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 239
Medição de nível com fita e bóia
Bóia
Escala
Bóia
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 240
Medição se baseia na pressão exercida pela coluna líquida:P = g H
Pressão hidrostática independe do formato
Medição se complica quando Fluído medido é corrosivo, tóxico ou sujo Tanque é fechado, requerendo selagem na
perna molhada de medição Medição é facilitada com tomadas
especiais Flange plana Flange com extensão Flanges com capilares
Medição de nível a p
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 241
Vantagens: Facilidade de medição e calibração da
pressão diferencial Flexibilidade pela variedade de tomadas Possibilidade de transmissão
Desvantagens: Variação da densidade causa erro Líquidos voláteis requerem selagem ou
purga Geralmente requer supressão de zero Local da montagem pode afetar calibração Variações de temperatura ambiente
causam erros, quando se usa tubo capilar
Medição de nível a p
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 242
Medição de nível a p
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 243
Medição de nível com borbulhamento se baseia também na pressão diferencial
Sistema básico é constituído de: Tubo de material inerte mergulhado no
interior do líquido no tanque Válvula de controle de pressão diferencial Transmissor (ou indicador) da pressão
injetada Rotâmetro de purga para mostrar vazão
do gás
Borbulhamento de ar (P)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 244
Borbulhamento de ar (P)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 245
O nível do tanque é determinado a partir de seu peso.
O peso é medido através de células de carga (ou células extensiométricas ou strain gages)
As resistências variáveis são medidas por ponte de Wheatstone
Medição de nível por peso
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 246
Medição de nível por peso
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 247
A capacitância depende de
K – Constante de proporcionalidadee – Constante dielétrica do meioA – Área das placasD – distância entre as placas
Medição capacitiva de nível
d
AKC
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 248
Medição capacitiva de nível
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 249
A condutividade de um eletrodo é afetada quando ele fica em contato com um fluido
Condutividade é o inverso da resistividade
A medição do nível é discreta, não contínua
Medição de nível à condutividade
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 250
Medição de nível à condutividade
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 251
Medição se baseia na lei de Arquimedes: quando um corpo é submerso em um líquido, ele perde peso igual ao peso do líquido deslocado
Medição detecta e mede o peso do deslocador, que varia com o nível do líquido
Não chamar deslocador (displacer) de bóia
Deslocador pode ser móvel ou imóvel
Medição de nível a deslocador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 252
Vantagens: Aplicado para medição de nível, interface
líquido-líquido e densidade Simples, confiável e preciso Flexível, com grande variedade de
materiais Desvantagens:
Uso apenas em tanque não pressurizado Aplicado apenas a líquidos limpos Dificuldades e restrições com selos Custo relativamente alto
Medição de nível a deslocador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 253
Medição de nível a deslocador
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 254
Sistema usa gerador e receptor de onda eletromagnética (10 GHz), de baixa potência (0,015 mW/cm2)
Sinal é emitido, refletido na superfície do líquido cujo nível se quer medir e recebido
O comprimento medido depende da freqüência do sinal
Podem medir Innage – quantidade real do tanque Ullage – quantidade que falta para encher
Medição de nível a Radar
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 255
Vantagens: Pode medir níveis de fluidos complicados Não requer licença legal (radiativo) Medição sem contato Antena pode ser externa ao tanque Medição independe das características do
líquido Desvantagens:
Relativamente caro Não pode ser usado em sólidos ou
líquidos sujos
Medição de nível a Radar
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 256
Medição de nível a Radar
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 257
Medidor ultra-sônico de nível
Sistema opera pela absorção da energia sonora (9,5 kHz) ou ultra-sônica (35 a 40 kHz), quando ela se propaga da fonte para o receptor ou pela mudança de freqüência
Características da onda sonora dependem: Temperatura Reflexão Propagação Absorção
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 258
Medidor ultra-sônico de nível
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 259
Medição de nível por ultra-som
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 260
Medidor radiativo de nível Sistema opera pela absorção da
energia radiativa (raios alfa, beta ou gama) pelo material que se quer medir o nível
Sistema constituído de: Fonte radiativa (Cs 137 ou Co 60) Detector de radiação
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 261
Medidor radiativo de nível Vantagens:
Simplicidade Possibilidade de medir nível de sólido
Desvantagens: Há preconceito e medo exagerado de seu
uso Requer aprovação legal Fonte reserva desintegra como a de
serviço
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 262
Medição de nível radiativo
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 263
Sistema Hidrostático de Tanque é a base de microprocessador consiste de:
Tres transmissores de pressão Sensor ou transmissor de temperatura Programa aplicativo para determinar
Nível existente (innage) Nível para completar tanque (ullage) Densidade do líquido
Sistema de comunicação com Estação de Operação
Sistema Hidrostático de Tanque (HTG)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 264
Sistema Hidrostático de Tanque (HTG)
13/04/23 Marco Antonio Ribeiro 265
T&C Treinamento e Consultoria Ltda.
Firma especializada em Instrumentação, Controle, Automação, Metrologia,
Medição de Vazão e Segurança Industrial
Fone (71) [email protected]